基于FPGA的光弹调制器驱动控制模块设计

1

作者 易进 张瑞 +1 位作者 薛鹏 王志斌 《舰船电子工程》 2024年第2期184-187,199,共5页

随着技术发展,光学检测对检测范围有了更大的需求,利用光弹调制器取代传统的偏振调制器件,具有着光谱范围广、调制频率高等优势。根据在椭偏测量仪中所应用的光弹调制器结构,设计了一种基于FPGA的光弹调制器控制模块,主要包含驱动模块... 随着技术发展,光学检测对检测范围有了更大的需求,利用光弹调制器取代传统的偏振调制器件,具有着光谱范围广、调制频率高等优势。根据在椭偏测量仪中所应用的光弹调制器结构,设计了一种基于FPGA的光弹调制器控制模块,主要包含驱动模块和反馈调节模块两部分,利用DDS技术和数字锁相技术实现了对光弹调制器的稳定驱动控制。经过测试验证该模块可以稳定产生60kHz及450V_(PP)以上的驱动信号,所设计的驱动模块可以满足光弹调制器的控制需求。 展开更多

关键词 光弹调制器 FPGA DDS 数字锁相

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光弹调制器应用的Mueller矩阵分析 被引量：8

2

作者 周军 《常熟高专学报》 2001年第4期19-22,共4页

以偏振光的米勒矩阵理论为基础 ,分析了光弹调制器实现偏振调制的原理 。

关键词 米勒矩阵 光弹调制器 偏振调制 斯托克斯矢量 偏振态 偏振测量

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光弹调制器研究综述及原理验证 被引量：5

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作者 武燕婷 熊伟 李超波 《压电与声光》 CAS 北大核心 2021年第3期352-358,共7页

光弹调制器是一种基于压电效应和光弹效应的光学调制器件。光弹调制器采用共振工作模式,具有调制频率高,灵敏度高,调制波段宽(紫外~远红外)等特点,可广泛应用于半导体、新材料、生命科学及航天军工等高新技术领域。该文首先阐述了光弹... 光弹调制器是一种基于压电效应和光弹效应的光学调制器件。光弹调制器采用共振工作模式,具有调制频率高,灵敏度高,调制波段宽(紫外~远红外)等特点,可广泛应用于半导体、新材料、生命科学及航天军工等高新技术领域。该文首先阐述了光弹调制器的基本工作原理,包括压电效应、光弹效应等;其次介绍了光弹调制器的结构和重要参数,并分析了不同结构和各参数对器件性能的影响;然后进一步介绍了目前新型光弹调制器的相关研究;最后,针对目前主流的八角形二维结构,该文给出了基于有限元法的数值仿真结果,并对该类型光弹调制器的工作原理和振动特性进行了验证。 展开更多

关键词 光弹调制器 共振 八角形二维结构 工作原理 结构

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基于最优化方法的光弹调制器光学模型验证 被引量：2

4

作者 何彤 熊伟 李超波 《压电与声光》 CAS 北大核心 2021年第5期661-665,共5页

基于光弹调制器(PEM)的高速椭偏测量法具有测量速度快,灵敏度高的优势,目前已被广泛应用于半导体、显示器和军工等领域。现有PEM光学模型验证方法大多采用谐波分量提取法,但其受系统偏差影响较大。该文提出一种基于最优化方法——PEM光... 基于光弹调制器(PEM)的高速椭偏测量法具有测量速度快,灵敏度高的优势,目前已被广泛应用于半导体、显示器和军工等领域。现有PEM光学模型验证方法大多采用谐波分量提取法,但其受系统偏差影响较大。该文提出一种基于最优化方法——PEM光学模型验证法,该方法将椭偏测量过程转化成最优化问题进行求解,将系统参数作为自变量进行处理,可抑制系统偏差造成的影响,提高测量系统的鲁棒性。该文介绍了该方法的基本原理,并通过数值仿真和椭偏测量光学实验进行了验证。结果表明,该方法可有效地抑制系统参数偏差对测量精度的影响。 展开更多

关键词 光弹调制器 高速椭偏测量方法 最优化 系统参数 鲁棒性

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光弹调制器的振动分析与实验 被引量：2

5

作者 吴也 胡朝晖 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2017年第5期665-668,共4页

研究了长度伸缩振动的光弹调制器的工作原理并进行振动分析。各向异性的压电石英在驱动电压下振动,当驱动方波信号频率与两块晶体的本征频率相匹配时,与压电石英用硅橡胶柔性连接的熔融石英随之共振,在两块晶体中传播的是同频率的纵驻波... 研究了长度伸缩振动的光弹调制器的工作原理并进行振动分析。各向异性的压电石英在驱动电压下振动,当驱动方波信号频率与两块晶体的本征频率相匹配时,与压电石英用硅橡胶柔性连接的熔融石英随之共振,在两块晶体中传播的是同频率的纵驻波,光弹调制器整体作一维长度伸缩振动。将光弹调制器的振动等效为有阻尼的弹簧-质量块系统进行理论推导,得出振幅表达式,振动位移与驱动电压和光弹调制器的品质因数Q值成正比。最后通过有限元仿真与测振实验测量自制的光弹调制器的振动特性来验证推导的正确性。 展开更多

关键词 光弹调制器 压电石英 熔融石英 品质因数Q值 激光测振仪

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弹光调制器相频特性分析与稳定控制技术 被引量：1

6

作者 刘坤 李克武 +2 位作者 李坤钰 王爽 王志斌 《激光杂志》 CAS 北大核心 2024年第7期36-41,共6页

针对弹光调制器(Photoelastic Modulator,PEM)在高压驱动下的谐振频率漂移问题,研究了一种基于PEM谐振相位跟踪的稳定控制技术。建立了PEM与其谐振匹配回路的等效电路模型,推导了PEM驱动电压的幅频、相频关系,以及PEM谐振频率与驱动电... 针对弹光调制器(Photoelastic Modulator,PEM)在高压驱动下的谐振频率漂移问题,研究了一种基于PEM谐振相位跟踪的稳定控制技术。建立了PEM与其谐振匹配回路的等效电路模型,推导了PEM驱动电压的幅频、相频关系,以及PEM谐振频率与驱动电压谐振相位的关系。搭建了PEM控制系统,以初始谐振频率的反馈电压相位为零相位基准,调节驱动电压将反馈电压相位稳定在相位基准值附近,并随谐振频率的变化修正相位基准值,从而使驱动电压频率始终稳定于PEM谐振频率附近。以1/4波、半波的PEM的相位延迟幅值为例,分别进行了时长60 min稳定控制测试,实验结果表明:(1)PEM工作在1/4波状态时,相位延迟幅值δ0标准偏差σδq=0.0014 rad,最大相对偏差为0.58%;(2)PEM工作在半波状态时,标准偏差σδh=0.0013 rad,最大相对偏差为0.32%。 展开更多

关键词 相频特性 弹光调制器 相位调制 频率跟踪 稳定控制

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弹光调制器的频率漂移特性及其傅里叶变换光谱的稳定性研究 被引量：10

7

作者 张敏娟 刘文敬 +3 位作者 王志斌 徐美芳 张瑞 李春阳 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2020年第10期211-218,共8页

弹光调制器作为高Q值的谐振器件,在高压谐振下,其谐振频率将随着自身温度升高漂移,影响了弹光调制干涉仪的稳定性和重建光谱的准确性。在建立弹光调制器振动模型和频率温漂模型的基础上,提出了基于频率跟踪和幅值调节的弹光调制器双闭... 弹光调制器作为高Q值的谐振器件,在高压谐振下,其谐振频率将随着自身温度升高漂移,影响了弹光调制干涉仪的稳定性和重建光谱的准确性。在建立弹光调制器振动模型和频率温漂模型的基础上,提出了基于频率跟踪和幅值调节的弹光调制器双闭环自适应驱动控制方法。在该方法中,采用数字锁相技术的频率自扫描方法实现驱动频率对弹光调制器谐振频率的跟踪;基于检测参考激光干涉图的最大光程差的变化调节驱动信号的幅值,以实现重建光谱的稳定控制,同时基于参考激光的最大光程差参数实现重建光谱的定标。在实验中该驱动控制方法应用到弹光调制傅里叶变换光谱仪中,实现了驱动频率对弹光调制器谐振频率的实时跟踪和高压功放电路的幅值调节,使得干涉图的最大光程差稳定在0.236 nm左右,其精密度为3.3%;重建光谱的最大相对误差为2.5%。此实验验证了该方法能有效稳定弹光调制傅里叶变换光谱仪的光谱分辨率。 展开更多

关键词 弹光调制器 频率温漂 数字锁相技术 最大光程差

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45°双驱动弹光调制高速椭偏测量方法

8

作者 薛鹏 刘燕霖 +2 位作者 谢大洋 张瑞 王志斌 《激光杂志》 CAS 北大核心 2024年第1期65-69,共5页

为解决传统机械旋转补偿器型椭偏仪测量速度较慢问题,提出一种电驱动的双弹光调制的高速椭偏测量方法。通过理论分析并仿真研究45°双驱动弹光调制器工作在纯行波模式下的调制方式。结果发现,当双驱动弹光调制器工作在纯行波模式可... 为解决传统机械旋转补偿器型椭偏仪测量速度较慢问题,提出一种电驱动的双弹光调制的高速椭偏测量方法。通过理论分析并仿真研究45°双驱动弹光调制器工作在纯行波模式下的调制方式。结果发现,当双驱动弹光调制器工作在纯行波模式可实现快轴方向的高速周期性旋转,且相位延迟量为常量。结合椭偏原理,详细研究一种基于双驱动弹光调制的高速椭偏测量理论模型,结果表明,该模型光学周期<10μs,用于实际可真正实现超高速偏光调制。通过研究,有望解决半导体集成电路,微电子和光伏电池等生产过程中薄膜超高速检测难题,对薄膜在线检测、瞬态变化测量具有重要意义和学术价值。 展开更多

关键词 厚度测量 光弹性 高速椭偏测量技术 弹光调制器 在线检测 Comsol有限元仿真

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基于电压补偿的弹光调制器稳定性控制方法研究 被引量：7

9

作者 王楠 王艳超 +3 位作者 张敏娟 李克武 王金伟 刘文敬 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2020年第4期419-424,共6页

弹光调制器是由各向同性的弹光晶体和压电晶体组成的热机电耦合器件,其谐振频率随温度变化存在严重漂移,导致弹光调制器工作不稳定。为了实现弹光调制干涉信号的相位延迟量沿正弦规律变化,有必要对影响弹光调制干涉仪的稳定因素进行分... 弹光调制器是由各向同性的弹光晶体和压电晶体组成的热机电耦合器件,其谐振频率随温度变化存在严重漂移,导致弹光调制器工作不稳定。为了实现弹光调制干涉信号的相位延迟量沿正弦规律变化,有必要对影响弹光调制干涉仪的稳定因素进行分析与控制。针对此问题,在建立弹光调制器振动模型和频率温漂模型的基础上,提出了基于数字锁相技术的驱动电压自调节方法。在该方法中,根据弹光调制干涉信号的四倍频与二倍频的比值,基于FPGA调节DDS输出方波信号的占空比以稳定弹光调制干涉信号的相位延迟量。实验结果表明,驱动电压自调节时的相位延迟量变化幅度为0.6%,电压一定时相位延迟量幅度下降了15.6%,证明该方法有效的稳定了相位延迟量,从而提高了弹光调制器的稳定性和调制效率。 展开更多

关键词 弹光调制器 频率温漂 相位延迟量 数字锁相技术

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弹光调制器谐振特性研究及其谐振频率自跟踪

10

作者 李坤钰 李克武 +1 位作者 刘坤 王志斌 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期87-94,共8页

弹光调制器是一种由各向同性的弹光晶体和压电晶体组成的高品质因数热机电耦合器件,广泛用于偏振测量、光谱测量等诸多领域。但是在高压谐振状态下,其谐振频率会随着温度变化出现漂移,导致弹光调制器的相位调制幅值不稳定以及驱动效率... 弹光调制器是一种由各向同性的弹光晶体和压电晶体组成的高品质因数热机电耦合器件,广泛用于偏振测量、光谱测量等诸多领域。但是在高压谐振状态下,其谐振频率会随着温度变化出现漂移,导致弹光调制器的相位调制幅值不稳定以及驱动效率降低。针对该问题,首先对弹光调制器谐振频率特性进行分析,建立了弹光调制器及其高压谐振驱动电路的复合谐振网络模型,提出了利用谐振网络的幅频特性进行频率跟踪的实现方法,并设计了基于现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)的控制测试系统,实现了谐振频率跟踪以及调制幅度的测量。通过测试验证了该方案可有效进行谐振频率跟踪,提高了弹光调制器的稳定性以及驱动效率,测试时长大于90 min,相位调制幅度的标准偏差为0.83%rad。 展开更多

关键词 弹光调制器 频率跟踪 相位调制幅度 幅频特性

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弹光调制偏振Stokes参量测量及误差分析 被引量：2

11

作者 王立福 王志斌 +3 位作者 李晓 陈友华 张瑞 张鹏飞 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2014年第2期255-259,共5页

为了更简便地实现Stokes矢量测量,采用一种工作在不同频率上的双弹光调制器,利用它的频率叠加对光进行调制,产生载有被测量的高频调制分量,通过锁相一次得到了适用于所有偏振态测量的4个Stokes分量,且进行了理论分析、仿真验证以及误差... 为了更简便地实现Stokes矢量测量,采用一种工作在不同频率上的双弹光调制器,利用它的频率叠加对光进行调制,产生载有被测量的高频调制分量,通过锁相一次得到了适用于所有偏振态测量的4个Stokes分量,且进行了理论分析、仿真验证以及误差分析,即对相位延迟幅度、入射角等因素对测量结果的影响进行了分析。结果表明,该方法实现了只需测量一次便可测出偏振态的所有分量,为进一步工程实现提供了基本的理论支撑。 展开更多

关键词 光谱学 双弹光调制器 Stokes矢量 偏振 锁相

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弹光调制测Stokes参量研究及仿真 被引量：2

12

作者 高婷婷 韩慧莲 +3 位作者 王志斌 张瑞 陈友华 马志飞 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2013年第4期113-119,共7页

为了获取目标的偏振信息,设计弹光调制(Photoelastic Modulator,PEM)互差频调制的新型偏振测量方法。该方法将三个PEM分别工作于数值略有差异的三个不同的频率上,对偏振光进行差频调制,产生载有偏振信息的低频分量,最后通过锁相放大即... 为了获取目标的偏振信息,设计弹光调制(Photoelastic Modulator,PEM)互差频调制的新型偏振测量方法。该方法将三个PEM分别工作于数值略有差异的三个不同的频率上,对偏振光进行差频调制,产生载有偏振信息的低频分量,最后通过锁相放大即可同时实现四个斯托克斯偏振参数测量,斯托克斯参量可全面描述光束的偏振态。该方法不仅保留了原有弹光调制器偏振测量的优点,并且克服了现有方法无法用阵列探测器有效采集及调制频率高等缺点,同时给出利用MATLAB模拟仿真实现Stokes参量测量的过程。通过理论分析及仿真结果证明了该方法的可行性。 展开更多

关键词 Stokes参量 弹光调制器 偏振测量 差频调制

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弹光调制干涉具干涉数据的获取及光谱复原 被引量：1

13

作者 王明艳 王志斌 张记龙 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2013年第3期409-412,共4页

为了获得弹光调制干涉具干涉信号的频谱,需进行光谱反演,但因其相位是非线性的,直接采用快速傅里叶变换反演光谱会导致光谱严重失真,因此提出采用非均匀快速傅里叶变换算法对干涉数据进行光谱反演的方法。首先采用基于高速数据采集卡PCI... 为了获得弹光调制干涉具干涉信号的频谱,需进行光谱反演,但因其相位是非线性的,直接采用快速傅里叶变换反演光谱会导致光谱严重失真,因此提出采用非均匀快速傅里叶变换算法对干涉数据进行光谱反演的方法。首先采用基于高速数据采集卡PCI-5122设计的虚拟示波器获取652.6nm激光经弹光调制干涉具的干涉数据,然后在MATLAB环境中对干涉数据进行光谱反演,得到了相应的频谱信息。结果表明,对采集的652.6nm激光波长测量误差小于1nm,谱线位置误差小于0.1%,验证了该算法在弹光调制非均匀干涉数据光谱反演的可行性,这对弹光调制高性能傅里叶变换光谱仪的设计有借鉴应用价值。 展开更多

关键词 傅里叶光学与光信号处理 弹光调制器 干涉数据 非均匀快速傅里叶变换 光谱反演

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一种应用于弹光调制的高压驱动电路设计

14

作者 臧晓阳 王志斌 +2 位作者 李克武 刘坤 张喆 《舰船电子工程》 2023年第4期204-208,共5页

针对目前用于弹光调制器(Photo-Elastic Modulator,PEM)的高压驱动电路驱动不稳定以及热耗散过大的问题,论文设计实现了一种基于现场可编辑门阵列(FPGA)激励的高压驱动电路,该电路主要由隔离电路、全桥电路以及LC谐振电路构成,驱动电压... 针对目前用于弹光调制器(Photo-Elastic Modulator,PEM)的高压驱动电路驱动不稳定以及热耗散过大的问题,论文设计实现了一种基于现场可编辑门阵列(FPGA)激励的高压驱动电路,该电路主要由隔离电路、全桥电路以及LC谐振电路构成,驱动电压的频率、相位以及峰值可以通过调节方波信号的参数进行灵活调节,方波占空比的调节范围为0%~45%,对应的高压正弦波输出信号为0~740V。电路具有稳定性高,体积小,带负载能力强等优势,极大地满足了不同材料、不同结构的弹光调制器工作的需求。 展开更多

关键词 弹光调制器 高压驱动电路 DDS 隔离 LC谐振

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阵列探测器在成像光谱偏振探测技术中的应用 被引量：3

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作者 李芮 李晓 +3 位作者 王志斌 黄艳飞 王耀利 张瑞 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2014年第6期822-825,共4页

为了在成像光谱偏振仪中应用近红外焦平面阵列探测器,得到高质量图像信息,结合新型弹光调制型成像光谱偏振探测技术(PEM-ISP),提出了一种基于近红外焦平面阵列探测器的成像光谱偏振探测技术。系统采用FPA-640×512 InGaAs焦平面阵... 为了在成像光谱偏振仪中应用近红外焦平面阵列探测器,得到高质量图像信息,结合新型弹光调制型成像光谱偏振探测技术(PEM-ISP),提出了一种基于近红外焦平面阵列探测器的成像光谱偏振探测技术。系统采用FPA-640×512 InGaAs焦平面阵列探测器作为光学探测接收元件,采用高速现场可编程门阵列(FPGA)作为信号处理单元,做到对光学信号的快速采集与并行处理,满足高速、实时的信号传输与处理技术等要求。将经高速A/D采集得到的数据存储到FPGA外扩的静态随机存储器中,以保证数据的完整性。数据最终通过通用串行总线传至上位机,上位机通过LabVIEW实现图像还原。结果表明,该系统可以应用于PEM-ISP中,实现对测量信号的精确探测与采集,并得到完整的图像信息。 展开更多

关键词 成像系统 三弹光调制器 成像光谱偏振探测技术 现场可编程门阵列

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基于电感耦合等离子体源的CO_(2)色散干涉仪搭建和测试

16

作者 李梦鸽 张寿彪 +4 位作者 李维明 刘海庆 张耀 揭银先 连辉 《核聚变与等离子体物理》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期199-203,共5页

在电感耦合等离子体源(ICP)装置上成功地搭建了一套没有减震系统的水平单道测量的CO_(2)色散干涉仪,用以测量等离子体的弦积分电子密度,并且与HCN干涉仪结果作对比,证明了CO_(2)色散干涉仪的可行性。

关键词 CO_(2)色散干涉仪 非线性晶体 光弹调制器(PEM) 电感耦合等离子体源

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