课程文献中心 更多>>

关键词： 锁模腔增强   红外吸收光谱   反馈锁定电路   气体检测  

摘要： 气体检测技术在工业、环境监测、医疗诊断等领域具有广泛的应用前景。相比电化学检测、质谱分析等方法,红外吸收光谱气体检测法具有高选择性、高灵敏度、非接触检测和实时性等优点。锁模腔增强红外吸收光谱基于光外差技术实现锁模误差信号的探测,具有灵敏度高、实时性好等优点,但现有的锁模系统复杂、无法现场应用。本文旨在研制Pound-Drever-Hall（PDH）锁模电路,建立相关的锁模腔增强系统,通过减小电学设备的体积进行系统的小型化研究。 基于红外吸收光谱和PDH锁模技术,本文建立了锁模腔增强气体检测系统。首先,介绍了红外光谱理论,推导了PDH锁模技术的理论公式,对系统的误差信号进行了仿真。其次,设计了系统的整体方案,对比选用了光学部分的组件,研制了PDH锁模电路。最后,完成了系统的模式锁定实验和气体检测实验,验证了系统的稳定性和电路的可行性。详细内容如下: （1）PDH锁模技术的分析与仿真。首先,详细介绍了红外吸收光谱理论中的分子光谱和朗伯-比尔（Lambert-Beer）定律。接着,对法布里-珀罗（Fabry-Perot,F-P）腔的光学特性进行了详细分析和仿真。其次,推导了PDH锁模技术的相关公式,研究了误差信号的产生机制。采用Matlab工具,对不同调制频率下的误差信号进行了对比分析。 （2）锁模腔增强系统的设计。根据锁模腔增强红外吸收光谱技术的原理,设计了系统的整体方案,并对相关器件进行了分析和选型。采用中心波长为1550.12 nm的分布反馈式光纤激光器（Distributed Feedback Fiber Laser,DFB-FL）作为光源,利用电光调制器（Electro-Optic Modulator,EOM）对激光进行相位调制。设计的F-P腔采用低膨胀系数的微晶玻璃作为腔体的主要材料,腔的长度为15 cm,腔镜反射率为0.993,有效光程为42.7 m。在光路设计方面,采用半波片确保EOM入射激光的偏振方向与其主轴的方向一致。采用光阑对光束进行准直调节,使其水平通过半波片和EOM。在EOM后,依次采用偏振分束器、1/4波片和模式匹配透镜对光束进行处理。偏振分束器用于监测反射光束,1/4波片用于线偏振光和圆偏振光的相互转换,模式匹配透镜用于将腔模与激光模式进行匹配,以获得良好的谐振效果。在模式匹配透镜和F-P腔之间,安装了两个反射镜,用于光路从模式匹配透镜到谐振腔的准直调节。 PDH锁模电路用于实现EOM的调制、误差信号的解调、误差信号的采集和处理,以及调控量的输出,研制了频率源电路、混频器电路、基于FPGA（Field Programmable Gate Array）的比例-积分-微分（Proportional-Integral-Differential,PID）电路、模数转换电路和数模转换电路。频率源电路可输出最高频率为200 MHz的正弦信号,频率调谐分辨率低至0.12 Hz。混频器电路本振和射频的输入带宽为500 MHz,射频端到中频输出的隔离度高达45 d B。模数转换电路和数模转换电路均采用了高于100 MHz的高采样率芯片,可以结合FPGA控制电路完成信号的实时处理与输出。 （3）锁模腔增强系统的锁定。将建立的光学系统与反馈锁定电路相连接,对EOM施加频率为24.417 MHz的调制信号,实现了激光的相位调制。通过研制的PDH锁模电路对腔反射信号进行混频和解调处理后,得到了与理论相符的误差信号。对驱动压电陶瓷（Piezoelectric Ceramics,PZT）的三角波信号的偏置电压和幅值进行粗调和精调。采用PID控制电路,通过调节比例、微分和积分三个参数完成模式的反馈锁定。设计了Lab VIEW上位机程序,利用NI（National Instruments）采集卡对透射腔模信号进行采样、处理和显示。 （4）气体检测实验。将激光器的波长调至1550.17 nm,对应氨气（NH3）的吸收线,将其作为气体检测实验的目标波长。使用10000 ppmv（part per million volume）的NH3和纯氮气（N2）,配备了10种不同浓度的气体,作为标准气体标定系统。通过分析采集到的透射腔模信号的幅值,确定其与气体浓度之间的线性关系。通过Allan方差分析,当平均时间为216 s时,系统达到的检测下限为15.9 ppmv,对应的吸收系数为2.3×10-7 cm-1。 本文的创新点:针对锁模腔增强技术实用化的需要,研制了包含频率源电路、混频器电路、基于FPGA的PID电路、模数转换电路和数模转换电路在内的PDH锁模电路,通过气体实验证实了电路的功能。

摘要： 载荷校准试验是对工程结构的力学性能进行评估与验证的一个重要环节，当前最成熟的试验手段仍是应变法。应变法通过感受结构受力后的变形，输出对应的电信号，因此，当结构变形较小时，应变电桥响应相应变小，输出电信号信噪比则变小，校准精度难以保证。例如，对于起落架结构，一般实际航向受载仅是垂向受载的1/2左右，在对航向受载工况进行校准时，就会出现上述电桥响应小导致载荷方程建模精度降低的情况。

摘要： 近年来，随着光伏电站装机容量的逐步增大，光伏电站日常运维及发电能效日益得到电站管理方及学者们的关注。光伏组件作为发电系统的核心设备，其工作状态直接关系光伏系统出力。投运已久的电站，光伏组件会出现龟裂、蜗牛纹、损坏、焊带故障等各类问题，各类故障及遮挡引起某些电池片的电流、电压发生变化，其结果使组件产生局部温升。根据不同温差的红外图像差异，

关键词： 光纤传感   鹈鹕优化算法   变分模态分解   多尺度排列熵  

摘要： 针对当下的光纤周界入侵事件复杂多变以及噪声干扰的问题，需要对光纤周界系统采集的信号进行去噪处理。首先，提出了鹈鹕算法优化的变分模态分解降噪，并引入多尺度排列熵判决机制提高抑制模态混叠与虚假分量能力，最终将筛选出的信号组成重构信号，实现整个信号的去噪。实验结果表明，在双Mach-Zehnder光纤周界传感系统判别入侵的过程中，信号去噪方面有了明显的改善，以去噪信噪比、相关系数、降噪后信号的均方根误差为降噪性能评价指标，本文所提方法与现有的集合经验模态分解-相关系数和互补集合经验模态分解-相关系数方法相比去噪信噪比有所降低，相关系数明显提高，去噪信号的均方根误差略有减少。该算法不仅能够更好地消除光纤周界系统采集信号的噪声，还最大程度地保留了信号的特征信息。

关键词： 超快光纤激光器   相干光束合成   啁啾脉冲放大   色散补偿  

摘要： 报道了一种基于四通道光纤放大器相干光束合成的高功率飞秒激光系统。每个通道均采用大模场棒状光子晶体光纤，平均功率达到220 W。通过稳定的主动相位锁定技术，压缩后的激光系统在800 kHz的重复频率下实现了724 W的平均功率和0.9 mJ的单脉冲能量。合成后的激光保持了良好的光束质量和功率稳定性，合束光斑的光束质量因子M2<1.25，功率波动的均方根误差为0.59%。此外，通过优化各通道放大器的增益并测量分析压缩后脉冲的时域特性，实现了对放大前脉冲的精确色散预补偿。本系统在没有使用脉冲整形或者光谱调制的情况下，实现了脉冲宽度从445 fs到227 fs的优化。