1 西安应用光学研究所，陕西 西安 710065
2 陆装航空局洛阳室，河南 洛阳 471000
光谱范围和信噪比是评价太赫兹时域光谱仪性能的重要参数。为了解决太赫兹时域光谱仪光谱范围和信噪比的校准问题，介绍了太赫兹时域光谱仪的构成及原理，比较了目前常用的光谱范围和时域信噪比校准方法的优缺点，并优选其中一种方法，设计了太赫兹时域频域信噪比参数校准方法。以空测时频域信号幅值最大值的1/M对应的频率范围作为光谱范围，研究了M取值对光谱范围的影响。M值越大，则光谱范围越宽。当M值≥50时，光谱范围变化不大。对空测时域信号的信号和噪声进行定义，并计算出时域信噪比。以空测时的频域功率谱作为信号，以金属板遮挡光路时的频域功率谱作为噪声，从而计算出频域信噪比。进行了光谱范围和信噪比校准实验，采用对照法研究了湿度变化对太赫兹时域光谱仪测量范围和信噪比参数的影响。当相对湿度≤50%时，对光谱范围和时域信噪比影响不大；当相对湿度＞50%时，因为空气中水蒸气对于太赫兹的吸收急剧增加，光谱范围和信噪比急剧缩小。
太赫兹 时域 光谱仪 光谱范围 信噪比 terahertz time domain spectrometer spectral range signal-to-noise ratio
1 中北大学山西省光电信息与仪器工程技术研究中心, 山西 太原 030051中北大学前沿交叉科学研究院, 山西 太原 030051
2 中北大学山西省光电信息与仪器工程技术研究中心, 山西 太原 030051
3 中北大学前沿交叉科学研究院, 山西 太原 030051
随着激光技术的发展, 激光**得到了快速发展, 针对来袭激光的威胁, 激光告警也成为目前各国发展的重点, 不同的激光告警系统探测不同的参数, 根据告警参数采取相应的躲避和反击措施; 目前激光告警主要探测参数有来袭激光方位角、 俯仰角、 激光波长、 激光脉冲宽度等, 但现有激光告警系统无法实现多参数的同时探测, 且光谱范围窄、 视场小、 探测俯仰角和方位角为相对角度、 无法获得绝对来袭方向。 为此本文提出宽光谱波段、 大视场、 多参数激光告警新方法, 可实现450～1 700 nm宽光谱来袭激光波长、 绝对方位角、 绝对俯仰角、 脉冲宽度多参数的高精度综合测量, 该方法主要由激光脉冲宽度测量、 绝对角度及激光波长测量、 控制及数据处理三大部分组成。 其中脉冲宽度测量模块由光学镜头、 多带通窄带滤光片、 高速光电探测器组成, 实现来袭脉冲激光的高速光电转换; 绝对角度及激光波长测量模块由光栅、 大视场宽波段消色差镜头、 多带通窄带滤光片、 宽波段面阵探测器、 三维电子罗盘组成, 通过一级和零级衍射光斑位置获得来袭激光波长、 相对方位角和相对俯仰角信息, 结合三维电子罗盘测得的方位角、 俯仰角以及横滚角, 进而获得来袭激光的三维绝对方位角和绝对俯仰角。 多带通窄带滤光片主要是根据常用几个军用激光波长进行选通滤光, 有效滤除背景光的影响, 降低系统虚警、 漏警。 理论分析推导具体测量方法和参数, 设计宽光谱多参数激光告警探测系统样机, 并进行实验可行性验证。 实验结果表明, 该系统的方位角视场120°、 俯仰角视场96°、 角度测量精度优于1°、 中心波长测量精度优于10 nm、 脉宽测量精度优于3 ns。 该技术将为海、 陆、 空、 天领域对来袭激光的高精度多参数综合探测奠定基础, 有望提高复杂战场的生存能力。
多参数激光告警 宽光谱 激光波长 激光方向 激光脉冲宽度 电子罗盘 Multi-parameter laser warning Wide spectral range Laser wavelength Laser direction Laser pulse width Electronic compass 光谱学与光谱分析
2023, 43(8): 2581
中国空间技术研究院 北京空间机电研究所，北京 100194
三通道355 nm光学鉴频器广泛应用在星载测风激光雷达回波信号鉴频过程中，是实现双边缘风速多普勒鉴频的核心元件，其指标与可靠性决定了系统的探测精度。研制了基于压电换能器(piezo-electric transducer, PZT)调谐的355 nm三通道标准具鉴频模块，模块有效口径35 mm，峰值透过率75%，自由光谱范围12.5 GHz，半高宽1.7 GHz。通过三通道测试系统对自由光谱范围、半高宽、峰值透过率、调谐系数等指标进行了测试。结果表明：当外部驱动电压为75 V时，峰值透过率分别为0.859、0.878和0.735，半高全宽分别为1.843 GHz、1.882 GHz和1.611 GHz，调谐系数为1.96 GHz/V、1.93 GHz/V和1.88 GHz/V。针对光学鉴频模块3个通道PZT调谐系数不一致的情况，分析出对风速误差的影响范围为±0.1 m/s。通过对闭环控制系统进行测试，该系统可实现对355 nm激光发射频率的实时锁定，解决了光学鉴频模块每次工作状态初始位置不一致带来的问题，提高了风速鉴频精度，可实现锁定时间长达30 min以上，满足了星载测风激光雷达的应用需求。另外，仿真研究表明：当三通道光学鉴频模块间隔变化0.08 nm时，引起的风速误差为1 m/s。
测风激光雷达 光学鉴频器 自由光谱范围 峰值透过率 闭环反馈控制 wind lidar optical frequency discriminator free spectral range peak transmittance closed-loop feedback control
1 华东理工大学 物理系, 上海 200237
2 华东理工大学 材料科学与工程学院, 上海 200237
3 华东理工大学 化学与分子工程学院, 上海 200237
本文通过在倾斜螺旋胆甾相液晶中引入光敏手性分子, 设计了一种光响应倾斜螺旋胆甾相液晶体系。在电场和光场的协同作用下, 螺旋结构的选择性反射可以实现从可见光到近红外区域宽光谱动态域调控。倾斜螺旋结构的反射光谱调谐范围与体系初始螺旋扭曲力相关, 通过调节手性材料的浓度, 倾斜螺旋胆甾相液晶在电场作用下实现了从可见光到近红外区域约580 nm较宽光谱范围的反射带调节。同时, 在固定电场下, 通过调节非偏振紫外光场的功率获得了覆盖整个可见光区域以及近红外区域约530 nm的光谱调控, 其中光调控特性主要取决于光场产生的热效应以及偶氮基团的光致异构效应。此外, 由于倾斜螺旋结构的电场依赖性, 通过调制电场的强度可以控制倾斜螺旋胆甾相液晶反射带光场调制区间。
胆甾相液晶 倾斜螺旋 光电调制 宽谱域调制 cholesteric liquid crystal heliconical structure photoelectric modulation broad spectral range modulation
安徽大学物理与材料科学学院, 安徽 合肥 230601
激光自混合干涉技术具有灵敏度高、易准直、可以实现非接触测量等优点。基于多纵模激光自混合干涉系统中自混合信号波形随外腔长度发生周期性变化的物理现象, 提出一种利用三纵模激光自混合振动传感系统测量激光器自由光谱范围 (FSR) 的新方案。结合干涉混频理论和三镜腔理论, 首次建立了三纵模激光自混合振动传感系统测量激光器 FSR 的理论模型并进行了仿真模拟。实验结果表明尾纤半导体激光器 FSR 受外部环境影响, 其变化范围为 163.93 ～ 175.64 GHz, 对应测量系统的位移分辨率和频率分辨率分别为 0.01 mm 和 1.91 GHz。所研究的激光器 FSR 测量系统具备分辨率高、系统紧凑、成本低廉等优势, 可适用于不同类型激光器自由光谱范围测量。
激光技术 激光自混合干涉技术 自由光谱范围 振动信号 波形分立 三纵模 laser techniques laser self-mixing technique free spectral range vibration signal waveform separation three-longitudinal mode
1 上海理工大学 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室, 上海 200093
2 上海航天动力技术研究所, 上海 201109
为了研究消光光谱颗粒粒径测量方法影响因素, 搭建了消光光谱颗粒粒径测量实验系统, 建立了非线性最小二乘颗粒粒径反演算法, 并选用900 nm、2.1 μm与5.1 μm三种标准颗粒作为待测颗粒样品, 开展了不同波段范围、波长选取数及颗粒浓度下消光光谱颗粒粒径测量实验研究。结果表明: 消光光谱颗粒粒径测量过程中, 光谱波长范围、波长数以及颗粒浓度等参数的选取均会对反演精度造成较大影响; 光谱信噪比是光谱波长范围选取的重要指标; 存在光谱波长选取数精度阈值, 采用该阈值进行颗粒粒径反演, 既可以保证测量精度, 又可以避免光谱数据冗长导致反演计算速度降低; 颗粒粒径反演选取待测颗粒系消光值约0.75时达到最佳。
消光光谱法 颗粒测量 粒径反演 影响因素 光谱区间 extinction spectroscopy particle measurement particle size inversion influencing factors spectral range
根据环境污染气体监测的广谱需求, 提出了宽谱段红外光谱遥测方法, 利用长波红外傅里叶干涉光谱技术, 向长波红外大气窗口短波端外扩展了仪器响应波段, 使之在一定条件下能够探测多数常见工业气体的指纹特征。在7.0 ～14.5 μm波段内, 采用差谱法和亮温法, 可监测多种常用工业有毒有害气体, 并可给出以浓度程长积表征的概略浓度。介绍了遥测光谱仪的性能表征方法, 例举了实用型产品PARES100对11种常用工业有毒有害气体的应用实例。
宽谱段 环境污染气体 傅里叶红外光谱仪(FTIR) 遥测 wide spectral range environment pollution gases Fourier transform infrared spectrometer(FTIR) remote sense 红外与激光工程
2019, 48(11): 1104002
1 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
2 上海恒光警用器材有限公司, 上海 200432
为满足高光谱遥感应用对分光元件宽工作光谱范围的要求,根据Fabry-Perot(F-P)可调谐滤波器出现透射率极大值的相位条件,通过划分滤波器的工作光谱范围,选定干涉级数,确定F-P腔的腔长变化区间,来抑制F-P可调谐滤波器的多级透射峰。该方法可以有效拓展F-P可调谐滤波器的自由光谱范围,使其光谱扫描特性满足高光谱遥感应用要求。
光学器件 高光谱遥感 分光元件 工作光谱范围 Fabry-Perot可调谐滤波器 多级透射峰
Faculty of Electrical Engineering and Computer Science, Ningbo University, Ningbo 315211, China
Frontiers of Optoelectronics
2017, 10(2): 144
