转动拉曼测温激光雷达的双光栅单色仪研究

纯转动拉曼测温激光雷达中采用双光栅单色仪结构的优点是能提供优于10-7的抑制比,能够很好抑制Rayleigh-Mie散射,得到纯度很高的转动拉曼谱,并且能够提高光的透过率,具有长期的稳定性.光纤、透镜、光栅参数的选择及焦板上光斑的精确定位是双光栅单色仪研制成败的关键.在合适的参数下计算出了双光栅单色仪的滤波函数,高低量子数回波信号强度比以及温度随高度的变化,计算出的温度与代入的温度相差约0.3 K,说明此双光栅单色仪的设计是合理的.     

一种新型双光栅光谱仪光学系统设计与优化

由于所需测量的光谱范围较宽（276～700 nm）,而CCD 探测器的接收面尺寸较小（14.3 mm10.5 mm）,根据所选用的平面光栅元件参数,采用传统的车尔尼-特纳型结构是无法满足的。基于该结构,利用光线相对光栅的入射角和衍射角与光栅转角的关系,提出了使用两块反射式平面光栅进行光谱分离的方法。通过理论计算,确定了两段光谱范围和两光栅的旋转及俯仰角度,采用ZEMAX 软件建立多重结构,分别设置两块光栅的位置和波长参数,对光学系统进行了模拟分析和优化。结果表明,在像面上得到了两条谱面线展宽为14mm,中心间距8mm的光谱带,光谱分辨率优于1nm,各像差得到了充分校正,满足设计指标要求,很好地解决了宽光谱和探测器接收面尺寸之间的矛盾。     

双光栅纯转动拉曼测温激光雷达单色仪的光学设计

纯转动拉曼测温激光雷达中采用双光栅单色仪结构的优点是能提供优于10-7抑制比,能够很好地抑制瑞利-米氏散射,得到纯度很高的转动拉曼谱,并且能够提高光的透射率,具有长期稳定性,但双光栅单色仪的光路结构复杂一直是系统中的难点。首先对两种光栅光路结构进行讨论,得出光纤对称式光栅光路结构对于光栅效率的利用要优于光纤直线排列式光路结构,并通过对光栅公式和转动拉曼光谱公式结合,推导出光栅闪耀级次和衍射角关系方程。当光栅常数为600line/mm时,其第5级为最佳闪耀级次。     

双光栅光谱仪光栅转轴的多目标优化

双光栅光谱仪光栅转轴是用于固定和驱动两块共轴凹面光栅的重要零件,其工作过程中出现的变形与振动现象均可能对双光栅光谱仪最终的波长测量结果带来影响。依据双光栅光谱仪的工作原理和实际工况,确定其光栅转轴结构优化的主要目标为质心调整,轻量化,避免共振和减小凹面光栅的随机响应变形。为实现光栅转轴的多目标优化,首先在UG中建立凹面光栅、光栅转轴及其固定结构的三维模型,然后导入ANSYS Workbench进行模态分析与随机响应分析,并针对其计算结果展开多目标优化。优化后,光栅转轴回转部分的质心调整到回转轴上,总质量由0.606 30 kg减轻到0.539 43 kg,二阶固有频率从184.83 Hz增大到187.77 Hz,凹面光栅Z轴方向最大随机响应变形从33.394 m减小到27.147 m。目前市面上常见的有限元分析软件均无法直接实现结构的质心调整,作者将该目标的实现提前到三维建模过程当中,并保证在后续优化过程中,回转部分的质心只在其回转轴上移动,从而使质心调整和轻量化等其他优化目标同时实现,该处理方法具有广泛的借鉴意义。     

高线密度X射线双光栅的研制

研究了采用高分辨率的100 kV电子束光刻和光学光刻系统相结合制作高线密度X射线双光栅的工艺技术,并且分析了电子束邻近效应校正技术在高线密度光栅制备中的应用。首先,利用电子束曝光和纳米电镀技术在同一衬底上制备两种不同线密度光栅图形;然后,利用光学光刻在2 000 lp/mm光栅上制备了自支撑加强筋结构。通过此技术制备的X射线双光栅成功集成了高线密度5 000 lp/mm透射光栅和2 000 lp/mm自支撑透射光栅,其栅线宽度分别为100和250 nm,金吸收体厚度达到400 nm。     

一种提高折叠光栅光谱仪信噪比的新方法

折叠光栅光谱仪由于折叠光栅制作、安装过程中的工艺问题,子光栅衍射图像易发生倾斜、变形。为了保证在对光栅衍射图像进行处理时不降低分辨率,每块子图像仅抽取单行像素校准,最终拼接成光谱,这导致光谱信噪比较低。为克服这一缺点,提出了一种软件提高折叠光栅光谱仪信噪比(SNR)的方法。通过对原始光谱图像进行校正、一维中值滤波和像素平均三个处理步骤,在不影响波长分辨率的情况下,使光谱信噪比提高约6倍。这种处理方法充分利用了光栅衍射图像的信息,对提高折叠光栅光谱系统探测微弱信号的能力具有实用价值。     

一种用于微型光谱仪的光栅光调制器件

提出了一种改进型的可应用于微型光谱仪的光栅光调制器(GLM),器件由可动光栅和底层反射层组成。通过静电驱动由多个GLM组成的线阵单元,下拉栅条至不同高度可实现对不同波长光进行开关选通调制。介绍了该器件的工作原理、结构和工艺流程,利用Coventor软件对器件进行建模。通过有限元分析了器件的机电耦合特性,得到了器件的吸合电压和响应频率,并得出不同结构参数对器件栅条平坦度的影响关系。仿真结果表明:通过增加栅条厚度,改进底电极结构,且采用减薄的折叠型支撑梁,能够有效改善光栅面平坦度,使其较好地实现对光的开关选通。     

一种闭环控制的光纤光栅动态色散补偿仪

利用啁啾光纤光栅的应变调谐特性，将色散补偿的啁啾光纤光栅斜贴于悬臂梁的侧面，通过应力实现啁啾量调整而改变其色散补偿量的大小，同时利用固定在同一悬臂梁的均匀布拉格光栅传感器，实现了闭环自动控制色散补偿量，研制出了一种新型的光纤光栅动态色散补偿仪。该色散补偿仪工作在1550nm波段，典型性能数据为：色散动态补偿范围-1000-1680ps／nm，插入损耗小于1．5dB，动态调谐步进响应时间小于50ms，基本上能满足10Gb／s光纤通信系统中色散动态补偿的要求。     

一种基于光纤光栅传输色散特性的可调谐色散补偿方案

分析了光纤光栅在禁带附近的光特性,提出了一种基于光纤光栅传输色散特性和应用变特性的新的色散补偿方案－级联光纤光栅可调谐色散补偿;从理论和实验两方面分析了它的色散补偿的可调谐性,并进行了数值模拟;讨论了这种方案在光纤通信方面特别在密集波分复用系统中的应用前景。     

一种体相位全息透射式光栅的光谱仪分光系统

针对平面和凹面反射式光栅型光谱仪分光光路(SLP),存在像差大、谱面平直度差和衍射效率不高等不足,设计了一套基于体相位全息透射式(VPHT)光栅的分光光路。在理论探讨的基础上通过数值仿真模拟了VPHT光栅的衍射效率情况;为了充分验证所设计光路的可行性,实验中通过光谱定标验证了光路的光谱分辨率优于2 nm,通过最小二乘线性拟合算法得到定标波长与对应探测像元的校准关系式,对635 nm波长采用多次测量取平均值,测试结果表明波长绝对误差为0.37 nm,整个定标波长点的均方根误差(RMSE)为0.3 nm;另外,使用了多项式拟合算法建立了200~800 nm光谱范围内的波长偏移量与对应衍射波长的关系式,能较好地解决分光光路中波长校正的问题。     

一种新型的光纤光栅可调整偏振模色散补偿器

文章提出一种基于磁场变化对均匀周期光纤光栅(FBG)引入线性啁啾的特性来实现可调整偏振模色散(PMD)补偿的技术。这种全光型PMD补偿技术在实现调整的同时能保持中心波长固定不变，而且能够灵活方便地实现不同的微分群时延量(DGD)。针对10Gbit／s非归fig(NRZ)传输系统，采用这种技术对进行PMD补偿的模拟计算结果表明，接收信号的眼图在补偿后得到了显著改善。     

一种基于布喇格光栅的可调色散补偿技术

色散补偿型光栅是非周期光栅,采用改变光栅轴向温度场梯度,可使得光栅轴向上不同位置的反射波长发生不同的变化,从而改变啁啾量,达到调节色散的目的.基于这一理论设计了一种基于光纤布喇格光栅的可调色散补偿器,具有无机械调节运动装置,模块可靠性高,色散的调节范围可达到为800ps/nm.     

一种光纤光栅动态色散补偿仪的设计与检测

利用啁啾光纤光栅的应变调谐技术,通过闭环自动控制色散补偿量的方案,研制出了一种新型的光纤光栅动态色散补偿仪.对这种新型仪器的设计方案和原理进行了详细的说明.同时对其色散动态补偿范围、插入损耗和动态调谐步进的时间进行了检测,结果表明,该补偿仪基本上能满足现行10 Gbit/s通信系统中色散动态补偿的要求.     

红外双光栅光谱仪波长扫描机构设计与精度分析

为满足红外双光栅光谱仪波长重复性±0.05nm的指标要求,设计了光谱仪的波长扫描机构,分析了影响波长重复性的误差源。根据光谱仪结构特点和指标要求,设计了基于丝杠和摆杆的正弦机构作为波长扫描机构,依据凹面光栅扫描原理,推导了光机参数转换公式,分析了各误差源对波长扫描机构的影响。分析结果表明,在丝杠重复定位精度为±1.2μm时,光谱仪在760~2200nm波段范围内的重复性应优于±0.05nm。设计了红外双光栅光谱仪原理样机,并进行了实验验证。以汞灯为光源对其多个特征波长进行7次扫描,计算波长扫描机构在特征波长处的波长重复性。实验结果表明,光谱仪的波长重复性为-0.038~0.041nm,波长扫描机构满足使用要求。     

一种光栅玻璃

光栅玻璃由玻璃基体、光栅层和夹于玻璃基体与光栅层之间而与玻璃,光栅层均有极强结合力的透明结合薄膜构成。克服了普     

一种双波长光纤测温系统波长带宽的优化设计

基于Kirchhoff定律，利用钽酸锂热释电探测器设计了一种实用化的双波长、高精度光纤测温系统。简要介绍了该仪器的基本结构及其工作原理．并依照单个探测器的温度分辨率、测温系统中R(T)-T曲线的线性度与温度灵敏度，以及系统的测温误差随波长带宽的变化，在考虑单个探测器的最小响应度和温度分辨率的基础上．对系统工作波长的带宽进行了优化设计。得出了在测温范围400—1300℃内，当系统的工作波长为λ1=2.1μm，λ2=2.3μm时，其工作波长的带宽取20nm较为合适的结论。     

一种实用测温系统

介绍了一种实用测温系统的组成、工作原理及关键电路说明，阐述了利用单片机对运算放大器的失调电压、温漂及系统非线性补偿处理的方法。