中北大学 电子测试技术重点实验室 山西 太原 030051
为了解决传统的荧光光谱采集系统与光探测磁共振(optically detected magnetic resonance，后文简称ODMR)光谱采集系统存在的搭建繁琐、检测样品聚焦精度较低、采集系统之间转换困难以及ODMR光谱采集信号信噪比和采集精度较低的问题，设计了基于光纤传感的荧光采集与ODMR光谱采集转换系统。通过光纤将激发光源电路、微波传感天线、光纤传感器、显微聚焦光路、PD(photodetector)放大电路、信号处理模块以及荧光光谱仪各模块进行耦合集成，为信号处理的软件提供硬件部分支持。在软件部分，通过开源程序编写实现信号数据处理以及光谱成像功能，利用PD放大电路对数据进行初步处理之后，在软件部分通过信号处理模块进行进一步处理，数据以图谱形式呈现，并且最终磁灵敏度达到0.51nT/Hz1/2。
荧光光谱 ODMR曲线 信号处理 转换系统 灵敏度 高信噪比 fluorescence spectrum optically detected magnetic resonance spectrum signal processing transcription system sensitivity High SNR 量子光学学报
2023, 29(1): 010901
哈尔滨工业大学航天学院可调谐激光技术国家级重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150001
首先，利用有限元分析方法，仿真模拟了石英音叉的应力和表面电荷分布，设计并加工了一种T字头石英音叉。经过实测，此T字头石英音叉的共振频率为8930.93 Hz，Q值为11164，叉指间距为1.73 mm，与目前广泛应用的商用石英音叉相比，T字头石英音叉的共振频率降低了73%，品质因数提高了22%。然后，通过测量水汽对其传感性能进行验证，发现相比于商用石英音叉，基于T字头石英音叉的石英增强光声光谱（QEPAS）系统信噪比提升了60.65%。最后，给出了石英音叉下一步优化的方向。
遥感 石英音叉 石英增强光声光谱 有限元分析 品质因数 信噪比 光学学报
2023, 43(18): 1899910
1 山西大学光电研究所，量子光学与光量子器件国家重点实验室，山西 太原 030006
2 山西大学物理电子工程学院，山西 太原 030006
3 山西大学极端光学协同创新中心，山西 太原 030006
在理论分析的基础上，利用光电二极管的固有结电容和可变电感构成共振电路实现光电探测。通过精简电路并对电路板进行精密布板设计，降低由原内部混频电路带来的杂散寄生电容的影响；利用选定低噪声芯片、低转换损耗混频器及滤波器隔离噪声，构建高信噪比的集成化共振型光电探测器（RPD），并实现了对特定调制信号的高效探测。实验结果表明：在相同条件下，RPD增益在共振频率下比商用宽带探测器（BPD）高大约30 dB。利用RPD获得的锁腔误差信号的峰峰值是BPD的16倍，其误差信号的信噪比比现有BPD高18 dB左右。可见，此RPD能够为高性能压缩态光场制备提供器件支持。
量子光学 共振电路 光电探测 集成化 高信噪比 压缩态
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Modern Optical Instrumentation, College of Optical Science and Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
2 Quantum Sensing Center, Zhejiang Lab, Hangzhou 310000, China
Sensing sensitivity is the key performance of optical tweezers. By adjusting the frequency and magnitude of an applied Coulomb force as an input of optical tweezers, we directly measured the sensitivity and signal-to-noise ratio (SNR) of a system and indirectly calculated the actual noise magnitude. Combined with an output filter, the relationship between the SNR and bandwidths was studied. We established the simulation model of a system using Simulink and simulated the relationship between the SNR and magnitude of the input forces and filter bandwidths. In addition, we built an experimental system to determine the relationship between the SNR and the magnitude of the input forces and filter bandwidths. The actual minimum detectable force was measured as 1.827 5×10-17 N at a 1 Hz bandwidth. The experimental results were correlated with the simulation and theoretical results, confirming the effectiveness of the proposed method and demonstrating the high sensitivity of vacuum optical tweezers as mechanical sensors. We proposed a novel method of calibration and measurement of system sensing parameters by applying an actual force that was more direct and precise than the theoretical calculation method that requires accurate fitting parameters, such as the particle radius and density. This method can be employed to analyze the system noise and phase characteristics to confirm and improve the real performance of the system.
Optical tweezers sensitivity Coulomb force SNR Simulink system noise characteristic Photonic Sensors
2023, 13(1): 230124
太原科技大学计算机科学与技术学院, 山西 太原 030024
针对LAMOST DR5 pipeline分类为Unknown的光谱数据对其进行了特征提取和聚类分析。 主要工作如下: (1) 基于影响空间及数据场的特征提取。 首先基于影响空间从低信噪比光谱中提取出大量小集团; 然后计算各小集团内部的场并根据场对光谱排序, 依次访问光谱序列及其小集团内的成员来获得特征谱; (2) 对上述特征谱进行K-means聚类, 并统计了每一类目标所在天区、 观测视宁度、 各波段信噪比、 亮度、 光谱仪/光纤的分布情况。 (3) 低质量光谱聚类结果的理论分析。 通过聚类所有低质量光谱被分为了5大簇: A 光谱信噪比较低或与传统分类模板差异较大, 但通过特征分析可确定其类别(占比2.7%); B 光谱蓝端或红端出现疑似特征线或分子带, 但与线表无法匹配(占比23.6%); C 光谱蓝端信噪比极低, 且该波长区域噪声值较强, 其他波长区域的连续谱和线的特征较弱(占比48.0%); D 红蓝两端拼接问题导致5 700~5 900 Å局部光谱突起明显, 其他波长区域的连续谱和线的特征较弱(占比24.2%); E 存在大量缺省值导致无法确定其类别(占比1.5%)。 实验结果表明, 该方法不仅能够有效提取低信噪比光谱的特征谱, 同时能够通过特征谱的聚类分析揭示低质量光谱的成因, 从而为制定光谱观测计划提供参考, 为低信噪比光谱分析及处理提供方法借鉴。
低信噪比光谱 光谱分解 特征分析 数据场 聚类分析 Low-SNR spectra Spectral decomposition Feature analysis Data field Clustering analysis 光谱学与光谱分析
2022, 42(4): 1186
1 Institute of Signal Processing and Transmission, Nanjing University of Posts and Telecommunications (NUPT), Nanjing 210003, China
2 Key Lab of Broadband Wireless Communication and Sensor Network Technology (NUPT), Ministry of Education, Nanjing 210003, China
Frontiers of Optoelectronics
2022, 15(3): s12200
1 电子科技大学 电子科学与工程学院, 成都 610054
2 重庆吉芯科技有限公司, 重庆 401332
基于0.18 μm CMOS工艺设计与实现了一种14位85 MS/s流水线型模数转换器(ADC)。采用多种低功耗设计技术来降低系统功耗和面积,包括无采样保持电路前端和运算放大器共享等技术。在无数字校准的条件下,在3.3 V电源电压、85 MHz的时钟频率和70 MHz正弦输入信号频率下,达到了67.9 dBFS的信噪比(SNR)以及82.2 dBFS的无杂散动态范围(SFDR)。该ADC功耗为322 mW,面积为0.6 mm2,适合用于需求低功耗ADC的通信系统中。
模数转换器 流水线 信噪比 无杂散动态范围 ADC pipelined SNR SFDR
1 中国科学院高能物理研究所 北京 100049
2 中国科学院大学 北京 100049
基于模数转换器（Analog-to-Digital Converter，ADC）的数字测量系统，对采样数据的信噪比具有较高要求；在各项因素中，采样时钟的抖动对信噪比的影响最为突出。为滤除输入时钟的抖动，采用德州仪器双环路PLL架构的LMK04610芯片，设计了基于双锁相环的时钟电路；经测试，可以把频率为62.475 MHz源时钟大于7 ps的抖动降低到2 ps以下输出频率为499.8 MHz的时钟信号；提供给ADC芯片采样，其采样数据信噪比接近理论值。双锁相环滤除抖动方案，效果良好，可以为数字测量系统设计人员提供借鉴。
数据采集 双锁相环 抖动滤除 ADC信噪比 Data acquisition Dual-loop PLL Jitter cleaner SNR of ADC
1 Institute of Polymer Optoelectronic Materials and Devices, Guangdong Provincial Key Laboratory of Luminescence from Molecular Aggregates, State Key Laboratory of Luminescent Materials and Devices, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China
2 Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
Frontiers of Optoelectronics
2022, 15(1): s12200
为了解决多路时间延迟积分电荷耦合器件(TDICCD)拼接遥感相机成像的噪声问题, 提高载荷焦面电箱的成像信噪比和成像质量, 通过分析噪声现象, 发现多路TDICCD成像噪声的主要原因有两个: 一是多通道TDICCD未能实现同时刻开启成像, 使得成像电路电源出现高频纹波噪声且多通道噪声相混叠, 这样对各通道CCD模拟信号造成干扰; 二是电路中的DC-DC电源开关噪声扰动影响了CCD有效视频信号的采集。从工程研制实际出发, 采取CCD通道之间共用统一的系统时钟, 相同系统复位等措施对多TDICCD成像电路系统进行改进, 抑制通道间成像串扰的发生, 通过对主要干扰源DC-DC电源进行滤波处理与TDICCD端多点接地等方式, 抑制电源噪声对TDICCD成像的干扰。对改进后的多通道TDICCD成像电路系统进行成像和信噪比测试。实验结果表明, 采取的措施有效地去除了TDICCD成像噪声, 相机信噪比提高了2dB, 且外场成像质量高, 可满足实际工程的需求。
共复位 信噪比 噪声抑制 TDICCD TDICCD common reset SNR noise suppression
