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
光子学报
2023, 52(12): 1223002
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
浙江工业大学信息工程学院光纤通信与信息工程研究所,浙江 杭州 310023
根据并联型游标效应的工作原理,提出一种通过叠加光谱实现游标效应的增敏方法。通过法布里-珀罗(F-P)温度传感干涉仪获得实测的反射光谱,然后在数据处理时叠加上根据F-P干涉原理获得的参考干涉仪的反射光谱,实现了游标效应。在30~55 ℃的温度范围内,实现了5.0380 nm/℃的温度灵敏度。通过改变参考干涉仪的腔长,可以实现可控的温度灵敏度,通过调整参考干涉仪入射光的初始相位,可以使游标包络中用于测量的谷值点落在任何需要的波长位置。同时,分别设计和制备了腔长为118.60 μm的F-P传感干涉仪和腔长为96.60 μm的F-P参考干涉仪,进行了基于并联型游标效应的温度增敏实验,获得了2.7984 nm/℃的温度灵敏度,其与叠加具有相同腔长的F-P反射光谱实现的温度灵敏度一致,相对误差仅为0.57%。可见通过叠加光谱实现游标效应是可行且有效的,同时也很好地解决了参考干涉仪易受外界环境影响的问题。
光纤光学 光纤传感器 法布里-珀罗干涉仪 游标效应 自由光谱范围 激光与光电子学进展
2021, 58(11): 1106004
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
中国计量大学 光学与电子科技学院, 杭州 310018
理论和实验研究了基于游标效应的级联法布里珀罗干涉型传感器的温度特性, 该传感器是将一段空芯光纤熔接在两段单模光纤之间制作而成的, 其中空芯光纤的长度与末端单模光纤的长度相近.仿真结果表明:当温度升高时, 传感器的一些反射光谱向长波方向漂移, 而另一些反射光谱向短波方向漂移.分析结果可知, 光谱的移动方向和级联的两个法布里珀罗干涉仪的自由光谱范围的差值有直接关系,在温度升高的情况下, 自由光谱范围差值的正、负决定了传感器的光谱是向长波还是向短波方向漂移.此外, 自由光谱范围差值的大小对传感器灵敏度的高低起决定性作用, 其绝对值越小对应的传感器的灵敏度越高.实验制作了两个温度传感器, 其自由光谱范围之差分别为0.055 nm、-0.456 nm, 对应的温度灵敏度为163.8 pm/℃、-75 pm/℃, 实验结果与仿真结果一致.通过调整空芯光纤和末端单模光纤的长度可进一步提高灵敏度, 从而实现低成本、结构紧凑、高灵敏度的温度传感.
级联法布里珀罗干涉仪 游标效应 自由光谱范围 温度灵敏度 光谱漂移 Cascaded FabryPerot interferometers Vernier effect Free spectrum range Temperature sensitivity Spectrum shift
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
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验, 安徽 合肥 230031
传统空间外差光谱技术存在光谱分辨率、 光谱范围与探测器象元数之间的制约关系。 非对称空间外差光谱技术相比传统空间外差光谱技术主要区别在于增加单臂光栅到分束器的距离, 能够在系统参数不变的情况下大大的增加光谱分辨率。 首先阐述了非对称空间外差光谱技术的基本原理, 并给出相应的系统参数计算公式推导结果, 从理论上推导出单臂光栅偏置量增加和光谱分辨率增加之间的关系。 偏置量作为非对称空间外差光谱技术的重要参数, 受短双边象元数和光谱分辨率需求的制约。 根据实验室现有实验平台参数, 给出偏置量选择原则及结果。 在元器件参数相同的情况下, 分别计算了两种形式的理论光学性能参数, 并且进行了仿真验证, 得出非对称空间外差光谱仪与传统空间外差光谱仪光谱范围相同, 但具有更高的光谱分辨率, 并且分辨率提高与偏置量增加关系与理论计算相符。 最后通过单色光扫描方法对非对称空间外差光谱仪实验室装置进行光谱范围和光谱分辨率的定标, 定标结果与理论计算值吻合较好。
遥感 空间外差光谱技术 光谱范围 光谱分辨率 Remote sensing Spatial heterodyne spectroscopy Spectral rang Spectral resolution 光谱学与光谱分析
2016, 36(7): 2291
1 北方工业大学电子信息工程学院, 北京 100144
2 北方工业大学计算机学院, 北京 100144
运用传输矩阵法对串联耦合微环谐振腔透射谱进行分析,得出微环谐振腔具有梳状滤波特性。当一个周期脉冲序列通过微环谐振腔时,微环谐振腔的透射梳状谱对脉冲序列的频率进行选择,使得输出脉冲序列的频率增加,经过傅里叶逆变换后的输出脉冲序列周期变小。结果表明,随着频率倍乘数的增加,环半径相同的双环谐振腔相较于单环谐振腔,其输出周期脉冲序列的幅值更统一,脉冲序列频率倍乘(PRRM)效果更好;而串联耦合环半径不同的双环谐振腔能够在减少微环弯曲损耗的同时扩展自由光谱范围(FSR),从而实现较好效果的PRRM;优化微环谐振腔的耦合系数,其输出的脉冲序列包络呈三角形,实用性大大提高。
信号处理 微环谐振腔 脉冲序列频率倍乘 滤波 自由光谱范围 耦合系数 激光与光电子学进展
2016, 53(4): 040602