光学微腔相位调制解调技术分析及实现

理论分析了相位调制的原理及锁相放大器的解调原理。利用多光束干涉原理对微腔的谐振特性进行了分析并对其及环形谐振腔进行了相位调制解调仿真分析。设计搭建了基于光学谐振腔的相位调制解调系统。基于搭建的光学谐振腔的相位调制解调系统利用正弦波对微腔进行了调制解调测试, 得到了良好的测试结果并使用光纤环形谐振腔验证了调制解调系统及调制方法的可行性, 得到了光纤谐振腔的低频调制解调信号及边带调制解调信号, 为进一步研究光学谐振腔谐振点的跟踪锁定奠定了基础。     

调相谱检测技术下光纤环腔的谐振特性

调相谱检测技术是谐振式光学陀螺信号检测的重要手段。根据贝塞尔函数展开与光场叠加原理,理论分析了光纤环形谐振腔的传输特性;搭建了谐振特性测试系统,采用LiNbO3相位调制,针对不同调制频率与调制电压条件下光纤环的谐振特性和解调曲线特性开展了实验,对实验结果进行分析,得到了调制频率、调制电压与光纤环形谐振腔谐振信号及解调信号之间的关系,实验结果与理论分析相符;并对调制过程中出现的谷裂现象进行了测试与分析,通过实验数据拟合,得到了产生谷裂现象的临界调制频率与调制电压值之间的关系。     

谐振式光纤陀螺角度随机游走的分析与优化

谐振式光纤陀螺(RFOG)是基于Sagnac效应产生的顺时针光路与逆时针光路的谐振频率差来测量旋转角速率的光学传感器。由于Sagnac效应极为微弱,RFOG常采用信号调制解调技术提高检测精度。首先介绍了基于正弦相位调制解调的RFOG的基本原理及衡量其性能的主要指标,详细推导了基于正弦相位调制解调的RFOG系统受散粒噪声制约的理论角度随机游走(ARW)的表达式,分析了调制参数包括调制频率和调制系数对理论ARW的影响。研究表明,在给定的激光功率及光纤环形谐振腔条件下,存在一组最佳的调制参数和解调相位,用于实现ARW的最小化。以直径为12 cm、总长为29 m、测试清晰度为14.7的光纤环形谐振腔搭建了实际RFOG系统,当调制频率分别为1 MHz、600 kHz、240 kHz时,测试得到的陀螺ARW分别为0.0124,0.0072,0.0052 (°)·h~(-1/2)。     

相位调制对高Q光学微球腔谐振特性的影响

光学微腔由于其极高的品质因数(Q)特性而具有广泛的应用前景。该文根据光学微球腔与锥形光纤的耦合原理对光学微球腔的谐振特性进行了实验研究。通过实验研究了相位调制参数对光学微球腔谐振深度的影响,并获得了相位调制电压和调制频率与光学微球腔谐振深度变化的关系。实验结果表明,相位调制参数的变化,对光学微球腔的谐振特性——谐振深度,有一定影响,在应用中根据需要选择合适的相位调制参数。     

相位调制对高Q光学微球腔谐振特性的影响

光学微腔由于其极高的品质因数(Q)特性而具有广泛的应用前景。该文根据光学微球腔与锥形光纤的耦合原理对光学微球腔的谐振特性进行了实验研究。通过实验研究了相位调制参数对光学微球腔谐振深度的影响,并获得了相位调制电压和调制频率与光学微球腔谐振深度变化的关系。实验结果表明,相位调制参数的变化,对光学微球腔的谐振特性——谐振深度,有一定影响,在应用中根据需要选择合适的相位调制参数。     

微球腔谐振频率的锁定及频移测量实验

对微球腔耳语回廊模式下的谐振特性所表现出的光学非线性进行了分析,对直径1 mm的SiO2微球腔的谐振谱线和解调曲线进行了仿真;搭建了微球腔耦合测试系统,得到了微球腔半高全宽值为78.42 MHz、Q值为2.5106的谐振谱线;基于正弦波相位调制技术对谐振谱线进行了同步解调,以减小相位复位脉冲噪声的影响;采用环路锁频技术实现了谐振频率的跟踪和锁定,对锁定精度和锁定时间进行了分析,实验结果为锁定透射谱强度至1%的时间为8 ms,锁定后可测频移分辨率为375 kHz,为微球腔的传感测量提供了实验依据。     

掺铒光纤谐振腔陀螺的谐振腔设计

光纤谐振腔作为谐振式光学陀螺的核心传感器件,其性能直接决定了谐振式光学陀螺的灵敏度。目前使用的光纤谐振腔存在着品质因数偏低的问题,极大地限制了谐振式光学陀螺极限灵敏度的提升。将掺铒光纤引入到光纤谐振腔中并外加高稳定性的泵浦激光器形成掺铒光纤谐振腔,从而有效提升了谐振腔的品质因数。通过对激光功率、掺铒光纤长度等参数的实验探索,确定了最佳的掺铒光纤谐振腔的设计参数,实现了应用于谐振式光学陀螺品质因数为1.44×109的掺铒光纤谐振腔。搭建了基于掺铒光纤腔的谐振式光学陀螺测试系统,经实验测试该系统的零偏稳定性为0.077 5°/s,验证了掺铒光纤腔在陀螺系统中的应用,为新型角速度测量技术提供了新的研究思路和发展方向。     

谐振式陀螺微球腔谐振频率跟踪锁定技术研究

理论上分析了谐振式陀螺系统中的传输特性和正弦波调制特性。为了实现谐振频率的跟踪锁定,设计并搭建了谐振频率跟踪锁定试验系统。通过正弦波调制、解调得到了谐振频率跟踪锁定需要的鉴频曲线。利用PID反馈控制电路和得到的鉴频曲线实现了谐振频率的跟踪锁定,并进一步评估得到了谐振频率跟踪锁定的精度和稳定度。为光学微谐振腔的谐振频率跟踪锁定技术的深入研究提供了参考。     

谐振式微光学陀螺中相位调制非线性研究

通过在相位调制器上施加线性变化的调制信号来实现对光波频率的方波调制是目前谐振式微光学陀螺(RMOG)中普遍采用的调制方法。而实现理想的方波频率调制要求完全线性的调制波形,极大地增加了系统实现难度。研究了调制曲线非线性对谐振腔输出的影响,仿真计算了具有二阶和三阶非线性误差的调制曲线引起的谐振曲线偏移和畸变。分析了解调输出误差与调制曲线非线性度的关系。通过搭建RMOG实验系统,测试了实际产生三角波调制信号的高阶非线性系数以及陀螺输出的标度因数。实验验证了理论分析计算方法的正确性以及采用模拟三角波产生方法改善微光学陀螺中相位调制非线性的可行性。     

T型反馈网络在谐振式光纤陀螺频率锁定中的应用

谐振式光纤陀螺（R-FOG）的频率锁定是陀螺信号检测的关键技术,尤其在长时间的测试中,谐振频率的锁定稳定度决定了陀螺的输出性能。根据光纤环形谐振腔的传输理论,分析了其谐振特性及其一次谐波特性;搭建了R-FOG测试系统,采用正弦波相位调制解调技术实现谐振谱线一次谐波的输出;在分析由运算放大器构成的传统模拟比例积分（PI）电路的漂移误差源的基础上,给出了可以有效抑制漂移误差的T型反馈网络,应用到谐振式光纤陀螺的谐振频率锁定中,得到了较好的锁定效果,经Allan方差分析,谐振频率长时间（4000s）的锁定稳定度优于910-12。     

谐振式光纤陀螺调相检测分析

谐振式光纤陀螺（R—FOG）是新一代惯性旋转传感器的代表。在陀螺系统中，信号检测系统占有非常重要的地位，其检测精度的大小直接影响陀螺的分辨率，而解调曲线的优化能够进一步提高检测系统的灵敏度。利用贝塞尔函数展开和光波场叠加的方法分析了谐振式光纤陀螺调相检测系统解调输出信号与谐振频率偏差之间的关系，系统采用的是带有铌酸锂相位调制器的相位谱检测技术。根据解调输出信号的解析表达式，通过数值计算，分析了解调曲线的变化规律，得到了施加在铌酸锂相位调制器上调制波形的最佳调制系数和相应的最佳调制频率范围，并进一步用实验系统验证了上述分析结果。     

基于FPGA数字相位调制光外差激光稳频系统设计

为了实现中心波长为1064nm的单频光纤激光器的稳频,采用相位调制光外差（PDH）激光稳频技术,搭建稳频系统光路。分析了相位调制光外差稳频信号以及误差信号特征;设计基于现场可编程门阵列（FPGA）的数字式解调和反馈控制电路,在FPGA中实现对相位调制光外差稳频信号的数字解调,再经数模转换器输出获得误差信号。结果表明,在FPGA中能成功实现对相位调制光外差信号的解调,经Allan方差计算,频率漂移的方差值可达10-11,即所设计的数字系统实现了较高的稳频精度。     

光纤干涉传感器相位生成载波解调算法研究

为了解决传统的相位生成载波解调算法中由调制深度漂移引起的解调结果失真现象,采用微分交叉相除的信号解调方法进行了相关的理论分析及仿真验证,得到了一种不受调制深度限制的高性能相位生成载波解调方案.结果表明,在采用不同幅值和频率的待测信号进行仿真时,改进算法的解调性能始终十分优异;且当调制深度的值为典型值2.63rad和2....     

谐振式光学陀螺锁频偏差的消除方法研究

谐振式光学陀螺系统需要使用激光器跟踪锁定谐振频率进行角速度检测,但其所用的半导体激光器存在光功率波动问题,受到相位调制器残余强度调制的影响,会使系统的解调曲线中心点发生偏移,导致陀螺系统出现锁定偏差,输出路形成长期漂移,该文对此进行了仿真分析与实验测试,并通过标定光功率与解调曲线中心点的方式得到两者线性关系,实时检测光功率补偿陀螺系统锁频点,消除光功率波动引起的陀螺输出误差,在本方案下陀螺系统的零偏稳定性测试为80 (°)/h,且输出路无漂移现象,能够提升陀螺系统的长期工作稳定性。     

基于双平行相位调制器的OFDM–ROF系统仿真

建立一种基于双平行相位调制器的OFDM-ROF实验仿真系统.在中心站采用双平行相位调制器产生双边带光载毫米波,利用光交错复用器将信号进行上边带和下边带分离,将OFDM信号通过马赫曾德尔调制器调制到一个边带上进行传输.OFDM的调制和解调部分使用MATLAB软件编写,OFDM-ROF系统实验仿真平台基于软件Optisystem进行搭建,并给出了光载OFDM信号的产生模型和系统仿真结果.实验表明,OFDM-ROF系统经过色散补偿后大幅度提高了系统的传输距离.     

匹配型迈克尔逊干涉结构中PZT相位调制对PGC解调算法的影响

通过对相位生成载波(PGC)解调算法的仿真以及参考大量相关文献,可以发现调制度C对PGC解调结果有着极其重要的影响。而调制度C的大小由压电陶瓷PZT(Piezoelectric Transducter)对光路实际产生的相位调制决定,因此,对PZT光相位调制器相位调制常数的校准以及实际产生的相位调制计算很重要。其中对于光相位调制器相位调制常数的校准,可以根据PZT的特性,对PZT施加固定频率的三角波电压,观察干涉信号的变化。通过分析匹配型迈克尔逊干涉仪的PZT调制方式,给出计算调制度C的公式,并分析了调制方式对载波调制度大小和相位的影响,得出PZT对光路信号调制两次,与PZT的调制度两次叠加基本相等,但是会对载波基频增加一个固定的相位延迟,对调制解调算算法有影响,需计算其具体大小,在运算时消掉其影响。     

相位调制光外差稳频信号检测技术

在高功率条件下,由于受到多种因素的影响,单频光纤激光器输出激光的谱线宽度大幅展宽,输出激光的稳定性也不高。相位调制光外差稳频（PDH）技术在高功率条件下可以实现高频率稳定性。为实现对中心波长为1 064 nm的单频光纤激光器的稳频,理论分析了PDH稳频系统的原理并搭建PDH稳频系统。实验发现100 MHz相位调制光外差信号的检测是稳频系统的关键。实验中首先利用自行设计的探测器前置放大电路,基于Si探测器,实现了信号的探测和放大;其次,设计解调电路,通过将光电转换后的信号与参考信号进行混频实现解调,得到鉴频曲线,实现对光外差信号的检测。