非准直外腔He-Ne激光自混合干涉

从三镜法布里-珀罗(F-P)腔出发,建立了非准直外腔三重回馈白混合干涉的理论模型,并进行了数值模拟和实验验证.分析了3种情况下影响自混合干涉光强调谐特性的因素:1)准直外腔二,三重回馈;2)非准直外腔二,三重回馈;3)外腔加入λ/4波片时的回馈.实验结果与理论分析相吻合.研究表明,该自混合干涉系统的分辨率达到λ/6;自混合干涉输出信号与腔反射镜的反射率、外腔的准直性以及腔内置入镜片有关;外腔中加入λ/4波片时的自混合干涉信号与非准直外腔自混合干涉信号类似;二,三重回馈自混合干涉信号携带了反射体位移方向信息,因而更易实现位移方向判断.     

多外腔自混合干涉现象的理论与实验

考虑激光器外有多个反射体时所产生的自混合干涉现象，运用薄膜干涉理论，对弱光反馈条件下的多外腔自混合干涉理论进行了研究。基于复合腔激光器结构，建立了理论模型。理论分析构造了一个含有五个反射面的自混合干涉模型，模型是由三个外腔构成的多外腔自混合干涉。对模型进行了理论分析及数值仿真，得出在弱光反馈条件下，多外腔自混合干涉信号类似于传统的自混合干涉信号，为一类正弦波(外部反射率较小时)或类锯齿波(外部反射率较大时)。设计了实验系统，给出了实验结果并进行了验证。如果忽略多外腔的结构，理论所得结果与简单的三镜腔自混合干涉结构所得结果一致。     

多模激光自混合干涉实验与理论分析

根据单模激光自混合干涉的基本理论，基于多模竞争，建立多模激光自混合干涉模型，分析多模激光的自混合干涉波形。理论分析与实验观察表明，多模自混合干涉信号是激光管腔长的谐波函数，利用光强波 包络信号可进行大量程测量；激光模数增加有利于测量分辨率的提高；光强波动信号对应激光管等效腔长的整数倍时，可获得最大干涉信号调制深度。     

激光自混合干涉式位移测量数值模拟及实验研究

对激光自混合干涉式位移测量原理进行了数值模拟和实验研究。首先，从三镜法布里珀罗腔理论出发，得到了基于半导体激光自混合干涉原理的位移测量模型，在此基础上对多种波形调制外反射体位移情况下激光自混合干涉信号进行了理论分析，证实信号倾斜方向发生反转的间隔条纹数目对应反射体位移的幅值范围；反射体有半个波长的位移，信号即输出一个完整的条纹；反馈强度的增加将增大输出条纹的倾斜。对信号倾斜现象进一步分析发现，当反射体位移减小时，信号向左倾斜，反之向右。造成信号倾斜的原因是由于高反馈强度下引起的非线性相位调制了输出信号强度。这些结论同样适用于任意波形调制的反射体位移。实验测试结果同理论分析吻合较好。     

一种新的半导体激光器线宽展宽因数测量算法

在外腔波动情况下,根据光反馈自混合干涉系统不同反馈机制下的干涉信号特征,设计了由一个周期内信号特征点在靠近振动中心位置的下条纹中相对应的映射点位置测量线宽展宽因数的算法。通过仿真和实验验证：与以往算法相比,本文设计的算法不受光反馈水平机制的限制。线宽展宽因数的精确测量对于半导体激光器性能的研究与应用具有重要意义。     

基于全光纤自混合干涉技术的微振动测量研究

为了解决自由空间自混合干涉测量系统工作距离短、易受环境干扰等不足,采用全光纤传光、光纤自聚焦透镜收集反馈光,设计了一套全光纤自混合干涉测量系统;建立了反射面为镜面时自聚焦透镜收集效率的理论模型,在理论上论证了全光纤自混合干涉测量系统的可行性;最后搭建了全光纤自混合干涉测量系统,并以铝膜作为反射面,进行了微振动实验研究.结果表明,该系统能获得较好的实验信号,可以解决自由空间自混合干涉测量系统工作距离短、易受环境干扰等问题.     

半导体激光器自混合振动系统优化研究

为了优化半导体激光自混合振动测量系统,本文采用三镜腔理论模型,结合激光自混合振动测量的实验结果,利用数值模拟的方法对激光自混合振动信号进行仿真分析,获得了不同外腔耦合系数ζ(0.25×10-4～1.75×10-4)以及不同半导体激光器(LD)线宽展宽因子α(1～5)下自混合振动测量信号的时域特性。结果表明,较大的外腔耦合效率ζ和LD线宽展宽因子α能够获得信噪比更大、方向性更好的激光自混合振动波形。     

两路微振动信号的光纤F-P腔干涉测量

法布里-珀罗(F-P)腔传感器结构简单,复用能力强,对导致其腔长发生变化的物理量灵敏度高,在超精密测量领域日益受到重视。为了使用一套光纤F-P腔测量两个目标,设计了两路反馈信号光纤F-P腔干涉系统,同时开展两路微振动信号测量。对两路微振动反馈F-P腔干涉信号,经多次取包络分解,得到了高、低频信号频谱,进而计算出待测目标振幅。实验结果表明,通过低频信号恢复待测目标振幅的误差为1.32%,通过高频信号恢复待测目标振幅的误差为6.63%。该方法有效实现了两路反馈光纤F-P腔干涉信号的分离,拓展了测量通道,提高了抗干扰能力。     

自混合干涉信号的可变步长LMS滤波处理

为了提高参数估计和测量的精确度,针对干涉信号的特点,介绍了自混合干涉系统的构成,采用对原始自混合干涉信号的实验数据进行相位滤波.提出一种可变步长的LMS自适应滤波算法,该算法能够根据误差的变化调节滤波器的参数,从而提高收敛速度.经过理论分析和计算机仿真表明,经过滤波后的信号能够更好恢复理论模型仿真数据,其均方误差δ达到0.004 5;与传统的LMS滤波处理后的信号其均方误差相比,精度提高了20%.     

LD泵浦单模绿光激光器自混合干涉效应的研究

从自混合干涉效应的等效F-P腔模型出发，研究了LD泵浦的单模绿光激光器的自混合干涉效应，建立了一般模型。该模型适用于强反馈以及多重光反馈下的自混合干涉效应和弱光反馈水平的情况，也可以转化到其它文献所报道的模型。实验结果表明，该绿光激光器的位移测量精度比半导体激光器的测量精度提高了100nm以上。     

近距离激光武器光学系统特性分析

对强激光近距离毁伤光学系统进行了优化设计,通过理论分析和外场实验研究了基于椭球镜光学系统的聚焦特性,并与传统的基于抛物面镜的光学系统进行了比较。优化了强激光近距离毁伤系统的发射光学系统,对光学系统的聚焦光斑进行了理论计算和仿真,分析了不同系统的激光光斑大小和功率密度。最后,通过外场毁伤实验,对设计结果进行了验证。实验结果表明,基于椭球镜的强激光近距离毁伤光学系统具有更小的衍射光斑分辨率和更高的能量集中度。     

基于模型预测控制的大口径快摆镜随动系统

为了满足地基大口径望远镜精密稳像系统的需求,对大口径快摆镜(FSM)的控制方法进行了研究。为了解决三促动器FSM的运动解耦为系统辨识带来的困难,通过解析法和系统辨识法相结合建立了FSM的传递函数模型。依据该模型,设计了PID控制器与模型预测控制器(MPC),采用仿真和实验两种方式比较了两种控制器的效果。仿真结果表明,在受到阶跃扰动后,MPC控制器的恢复速度是PID控制器的45倍。在50 Hz正弦信号下,由于FSM的大惯量特点,PID控制器有严重的时滞,而MPC控制器能以1.224×10^-6″的误差稳定跟随。在噪声抑制方面,对实时加入10%幅值噪声的随机信号,MPC控制器的噪声抑制效果是PID控制器的13.3倍。实验结果表明,MPC控制器能以0.430″的误差稳定跟随50 Hz正弦信号,其跟踪精度是PID控制器的3.212倍,采用MPC控制器的快摆镜能满足快摆镜高带宽和高精度的需求。     

不同土壤类型的粗糙地面电磁散射特性及布儒斯特效应研究

土壤表面散射特性对大地遥感等问题有着重要应用,地面对雷达波束的镜面反射是造成镜像干扰的主要原因,利用粗糙地面的布儒斯特效应将有效削弱镜面反射。采用四成分土壤介电模型计算不同类型土壤的介电常数,以二维高斯粗糙面模拟实际地面,引入锥形入射波来克服粗糙面的边缘衍射;应用基于物理意义的双网格法(PBTG)结合稀疏矩阵规范网格法(SMCG)计算分析土壤类型和湿度对地面散射特性的影响,进一步探究了粗糙地面布儒斯特效应随土壤类型、湿度及入射波频率等的变化关系。分析表明:土壤类型和湿度等因素对地面散射特性及布儒斯特效应均会产生不同程度的影响。研究成果对于不同土壤类型的地面环境遥感探测以及削弱镜像干扰提供了理论支撑。     

HBT自热效应对功率放大器偏置电路的影响及补偿

研究了GaAs HBT的自热效应对功率放大器镜像电流源偏置电路性能的影响.HBT自热效应使得这种偏置电路的镜像精度和温度特性变差.利用HBT器件特有的集电极电流热电负反馈理论,通过优化基极偏置电阻的方法,对自热效应进行了有效补偿,偏置电路的电流镜像精度得到有效提高,偏置电流温度漂移由9.5%减小到0.5%.     

深低温SiC空间反射镜背部与侧面支撑结构对比

在深低温下的反射镜及其支撑结构设计中,温度变化作用下的面形精度是空间反射镜性能的重要影响因素。以温度变化作用下的面形RMS为性能指标,基于碳化硅反射镜不同支撑结构和不同材料搭配形式下对空间反射镜的面形变化进行对比研究。首先,在深低温下对背部支撑和侧面支撑的以下两种情况进行仿真分析:(a)反射镜和支撑结构都用碳化硅制造;(b)反射镜用碳化硅制造,支撑结构用其他材料制造。仿真分析得到在(a)条件下背部支撑结构能获得更好的面形,在(b)条件下,侧面支撑结构能获得更好的面形;然后对侧面支撑结构中不同材料搭配情况下对面形精度的影响进行研究,对面形RMS与反射镜材料的线膨胀系数,支撑结构材料的线膨胀系数和反射镜材料与支撑结构材料的线膨胀系数之差的绝对值之间的关系用多元线性回归方法进行统计分析,研究其影响程度,分析得到线膨胀系数之差的绝对值对面形精度RMS的影响更大。研究取得的成果和研究思路对今后的深低温光学反射镜及其支撑结构设计提供参考。     

高精度标准镜支撑结构的研究与设计

为了保证高精度光学元件面形检测精度,必须对干涉仪标准镜自身的面形精度进行严格控制。在考虑标准镜自重的情况下,采用有限元方法研究了不同胶点数量及分布形式、不同的镜框支撑方式对参考面面形精度的影响。根据研究结果,针对球面标准镜面形精度要优于/40的要求,设计了口径150mm的标准镜的支撑方式,采用123点胶接、镜框底面六点的挠性支撑方式,经有限元分析得到:参考面面形的PV值为7.36nm,RMS值为1.52nm;并验证了温度变形较自重变形很小。结果表明,各项指标满足设计要求,证明了结构设计的合理性。     

二维激光扫描方法显示、记录文字

实验研究了二维激光扫描显示记录汉字的方法.采用声光扫描器作文字垂直方向扫描,振镜作水平方向扫描.实验结果表明,记录的文字质量好,速度高,结构简单.     

基于石墨烯的掺铒光纤锁模激光波长切换技术

报道了一种基于石墨烯锁模的全保偏掺铒光纤环形短腔实现锁模激光波长切换技术。利用多层石墨烯可饱和吸收镜不仅可实现被动锁模脉冲序列的稳定输出,并可通过三维精密调节,调制腔内信号损耗,有效控制不同波长激光的增益与损耗。实验表明,通过精密调制10层石墨烯膜可饱和吸收镜,在全保偏光纤激光短腔可实现波长1532 nm和1558 nm 处的锁模激光切换输出,并可实现这两波长附近的双波长锁模激光输出,线偏振度可达18 dB。     

采用三角剖分算法的子孔径拼接检测技术

为了解决大口径光学平面镜的子孔径拼接检测问题,基于三角剖分算法与最小二乘拟合算法,建立了一套合理的拼接算法和数学模型,编制了拼接程序,并结合工程实例,利用600 mm干涉仪实现了对612 mm180 mm圆角矩型平面镜的拼接测量。检测中,基于靶标确定子孔径间的相对位置,完成子孔径间的对准,并且基于不同的镜体位置,对拼接检测的重复性进行了多次实验验证。实验结果表明:拼接结果无拼痕,并且两次基于不同镜体位置计算获取的拼接面形PV与RMS的相对偏差分别为2.07%与0.52%,拼接面形是一致的,验证了检测的可靠性和准确性。     

Worn-out oxide MOSFET characteristics: Role of gate current and device parameters on a current mirror

In this work, the influence of gate oxide wear-out and breakdown (BD) on MOSFET output characteristics has been studied for short and long channel transistors. The experimental curves have been fitted to the BSIM4 model and have been introduced in a circuit simulator to study the effect of the oxide wear-out and BD in an analog circuit such as a current mirror. The results show important variations in the behaviour of the current mirror especially for the long channel transistor.