面向分布式光纤传感的光调频连续波生成技术(特邀)

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作者 张乔峰 谢玮霖 +6 位作者 赵志远 刘兆珩 王亚鹏 杨强 王聪凡 郑祥 董毅 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第4期86-104,共19页

光频域反射技术是一种具有代表性的分布式光纤传感技术,其具有长距离、高分辨、高精度、抗电磁干扰等特点,可在连续时空上实现各类参量的测量和传感,在诸多应用领域展现出具有吸引力的潜力。该技术的核心与影响其性能的关键在于高相干... 光频域反射技术是一种具有代表性的分布式光纤传感技术,其具有长距离、高分辨、高精度、抗电磁干扰等特点,可在连续时空上实现各类参量的测量和传感,在诸多应用领域展现出具有吸引力的潜力。该技术的核心与影响其性能的关键在于高相干、低相噪、高线性、宽扫频范围的线性扫频光调频连续波的生成。当前,以直接调制或外部调制为主的线性扫频光调频连续波生成方法主要面临宽扫频范围和高相干性、低相频噪声难以兼得的难题。聚焦于线性扫频光调频连续波生成技术,从光频域反射技术的典型结构和工作原理出发,分析了扫频范围、相频噪声和扫频非线性等因素对核心测量性能的影响。针对以上影响因素,以扫频范围拓展以及相频噪声抑制和相干性增强两方面为切入点,系统性地介绍了相关技术路线、原理和国内外研究进展。其中,对光锁相环技术做了重点介绍,总结了各类技术路线和方法的特点,并对潜在挑战和发展趋势进行了总结与展望。 展开更多

关键词 分布式光纤传感 光调频连续波 光频域反射 激光雷达 光锁相环

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复杂结构光场的多自由度协同调控技术研究进展 被引量：3

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作者 张智超 海澜 +2 位作者 张书瑞 高春清 付时尧 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第8期61-74,共14页

对光场各自由度的单一或协同调控获得的结构光场由于具有新颖的物理性质,展现了重要的研究意义和应用价值。例如,轨道角动量作为一种全新的调控自由度直接影响光场相位与空间分布,常通过单独作用或共同作用构造高维空间,调控生成的涡旋... 对光场各自由度的单一或协同调控获得的结构光场由于具有新颖的物理性质,展现了重要的研究意义和应用价值。例如,轨道角动量作为一种全新的调控自由度直接影响光场相位与空间分布,常通过单独作用或共同作用构造高维空间,调控生成的涡旋光场及矢量光场已广泛应用于超大容量光通信、遥感探测、量子通信等领域。在此基础上,针对日益发展的前沿应用需求,引入新的光场调控自由度与传统自由度结合,进一步拓展高维和多维的结构光场研究成为了亟待解决的问题。本文首先从双自由度调控技术出发,以矢量涡旋光场为重点介绍了两种典型内癝自由度的耦合以及作用方式;在此基础上,结合本课题组的相关工作,系统综述了超越传统自由度并打破双自由度数目限制的复杂结构光场调控技术。 展开更多

关键词 光场调控 矢量涡旋光场 多自由度耦合

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基于调频连续波雷达的多干涉光路测距系统

3

作者 祁玉娇 彭月 +3 位作者 张海洋 苏必达 张博闻 靳发宏 《应用光学》 北大核心 2025年第4期739-749,共11页

针对调频连续波(frequency-modulatedcontinuouswave,FMCW)激光雷达近距离测距时,出现的信号频谱展宽和混叠现象,本文提出了一种基于FMCW的多干涉光路测距系统,利用改进光路结构将信号降频,保证测距精度的同时,避免了频谱混叠导致的低... 针对调频连续波(frequency-modulatedcontinuouswave,FMCW)激光雷达近距离测距时,出现的信号频谱展宽和混叠现象,本文提出了一种基于FMCW的多干涉光路测距系统,利用改进光路结构将信号降频,保证测距精度的同时,避免了频谱混叠导致的低信噪比问题,并实现降频功能,使低带宽探测器可以采集到高频干涉信号。针对0~30m的不同距离进行测量实验,采样数据通过进行短时傅里叶变换处理得到高精度微多普勒时频图,提取频率特征并通过计算转换为其对应的距离信息。该结构在0~30m的测距范围内将频率分辨率稳定性从28.3%提升至4.4%,空间分辨率达到±10mm。 展开更多

关键词 调频连续波 微多普勒 相干探测 测距

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拉曼光谱技术在病理诊断中的研究进展 被引量：5

4

作者 王茜蒨 相里文婷 +2 位作者 腾格尔 崔旭泰 魏凯 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期1016-1022,共7页

拉曼光谱技术能够提供与物质特定分子结构相关的光谱信息,可用于识别生物组织微小的生化变异,具有快速、实时、无损、无需样本预处理等优点,在临床病理诊断领域极具应用前景。与常规组织病理学分析相比,拉曼光谱技术能够直接检测活体组... 拉曼光谱技术能够提供与物质特定分子结构相关的光谱信息,可用于识别生物组织微小的生化变异,具有快速、实时、无损、无需样本预处理等优点,在临床病理诊断领域极具应用前景。与常规组织病理学分析相比,拉曼光谱技术能够直接检测活体组织,简化了分析程序,缩短了诊断时间。人体病变组织的细胞分子组成和结构可能发生变化,这为拉曼光谱技术在组织病理诊断中的应用提供了检测依据。基于组织分子组成与结构的差异,结合机器学习和化学计量学方法,拉曼光谱技术可以提供客观的诊断信息,实现快速、低侵入的病理诊断。回顾了近十年来拉曼光谱技术在组织病理诊断中的研究进展,对取得的关键成果进行了总结,阐述了当前离体和活体应用拉曼光谱技术的一些关键问题。针对离体拉曼光谱检测,重点评估福尔马林固定石蜡包埋样本、冷冻样本和新鲜组织样本等离体样本的适用情况;阐述拉曼光谱数据收集的关键技术,包括适用光源、光谱范围,以及病理样本光谱采集的方式等。对于活体拉曼光谱检测,重点介绍了活体检测研究中拉曼光谱技术应用的两种形式:结合医用内窥镜进行体内检测,以及开放手术中的直接检测;综述了临床适用的拉曼系统,重点介绍了当前活体拉曼研究中应用的光纤探头。同时,文章也讨论了拉曼光谱数据的处理与分析方法,通过光谱预处理,特征提取与分类识别,构建拉曼光谱病理诊断模型,在小样本范围能够获得较好的诊断结果。考虑临床实际应用,仍需要不断优化分析方法,实现拉曼光谱与生化信息的关联,将样本个体差异的影响纳入分类模型中,以提升模型性能。文章对拉曼光谱应用于病理诊断中的关键问题进行了讨论,为进一步开展研究提供参考。未来需要更深入和广泛地开展离体和活体研究,以促进拉曼光谱技术在临床中的应用。 展开更多

关键词 拉曼光谱 疾病诊断 术中指导 机器学习

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光束轨道角动量谱的测量技术研究进展(特邀) 被引量：5

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作者 付时尧 黄磊 +1 位作者 吕燕来 高春清 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2021年第9期1-15,共15页

自Allen等证明具有螺旋相位波面的激光束携带有轨道角动量以来,对光束轨道角动量调控技术的研究取得了跨越式的发展,获得了包括相位涡旋光束、矢量涡旋光束、激光束阵列等多种新型结构光场,在超大容量光通信、遥感探测、激光加工、高分... 自Allen等证明具有螺旋相位波面的激光束携带有轨道角动量以来,对光束轨道角动量调控技术的研究取得了跨越式的发展,获得了包括相位涡旋光束、矢量涡旋光束、激光束阵列等多种新型结构光场,在超大容量光通信、遥感探测、激光加工、高分辨率成像等领域展现出广阔的应用前景。准确测量光束的轨道角动量是其应用的重要基础,早期人们更多地关注对待测光束所包含的轨道角动量成分分布的测量,后来逐步拓展至对各个轨道角动量成分的强度比重即轨道角动量谱的测量。文中系统地回顾并总结近年来光束轨道角动量谱测量技术的发展,主要介绍了包括基于衍射、模式分束等方法的新型光束轨道角动量谱测量技术。 展开更多

关键词 激光光场调控 轨道角动量谱 涡旋光束 结构光束

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光子晶体光纤温度压力传感器 被引量：7

6

作者 刘天沐 江毅 崔洋 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期115-122,共8页

提出了一种在高温环境下同时测量温度和气压的光子晶体光纤温度压力传感器.在普通单模光纤和光子晶体光纤之间熔接一段空心光纤构成干涉结构.空心光纤段构成非本征法布里-珀罗干涉仪,利用光子晶体光纤的微孔与外界相通,通过气体折射率... 提出了一种在高温环境下同时测量温度和气压的光子晶体光纤温度压力传感器.在普通单模光纤和光子晶体光纤之间熔接一段空心光纤构成干涉结构.空心光纤段构成非本征法布里-珀罗干涉仪,利用光子晶体光纤的微孔与外界相通,通过气体折射率变化来测量环境中的气压变化;光子晶体光纤段构成本征法布里-珀罗干涉仪,利用热膨胀效应和热光效应来测量环境中的温度.传感器的解调通过自制的白光干涉解调仪实现,实验通过测量腔长得到被测环境的温度和气压.在不同温度和气压环境下,对腔长分别为306μm和1535μm的温度压力光纤传感器进行连续测量.实验结果表明,传感器能够在28~800℃的温度下和0~10 MPa的气压下稳定工作,测量范围内温度灵敏度可达17.4 nm/℃,压力灵敏度随温度增加而降低,在28℃时可达1460.5 nm/MPa. 展开更多

关键词 光纤传感 温度压力传感器 外腔型法珀干涉仪 光子晶体光纤 快速傅里叶变换

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高超声速目标相干双频激光雷达探测技术 被引量：3

7

作者 刘潇明 赵长明 张子龙 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2019年第11期58-64,共7页

为研究双频激光雷达技术在高超声速目标探测方面的应用,理论分析了激光在等离子中的吸收衰减特性,以RAM-C实验数据为参考,通过仿真计算得到不同高超声速飞行场景下钝头体模型的等离子体电子密度,验证了计算的准确性。计算得到钝头体驻... 为研究双频激光雷达技术在高超声速目标探测方面的应用,理论分析了激光在等离子中的吸收衰减特性,以RAM-C实验数据为参考,通过仿真计算得到不同高超声速飞行场景下钝头体模型的等离子体电子密度,验证了计算的准确性。计算得到钝头体驻点线上温度分布范围为8000~16000 K,并结合理论分析得到了激光在等离子体鞘套中的衰减与电子密度、温度和激光频率的关系,表明等离子体鞘套对激光的吸收十分微小;通过对双频激光和单频激光在湍流传输中回波信噪比的对比分析,得到了双频激光的抗湍流干扰特性。由此表明双频激光雷达是探测高超声速目标的有效方式。 展开更多

关键词 双频激光雷达 等离子体 湍流 高超声速目标

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基于FPGA控制与白光干涉技术的多通道光纤EFPI绝对腔长测量系统 被引量：1

8

作者 常庄 江毅(指导) 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期88-95,共8页

介绍了一种基于光纤白光干涉测量技术和现场可编程门阵列的多通道高速外腔式法珀干涉型传感器解调系统。该系统由一个半导体光放大器和一个光纤法珀可调谐滤波器来制作一个高速波长扫描光纤激光器,通过对称三角波技术驱动可调谐法珀滤... 介绍了一种基于光纤白光干涉测量技术和现场可编程门阵列的多通道高速外腔式法珀干涉型传感器解调系统。该系统由一个半导体光放大器和一个光纤法珀可调谐滤波器来制作一个高速波长扫描光纤激光器,通过对称三角波技术驱动可调谐法珀滤波器产生扫描频率为1 kHz的扫频光谱。用FPGA实现EFPI传感器的高速信号解调。该系统实现了4通道每个通道2 kHz的EFPI传感器高速解调。 展开更多

关键词 外腔式法珀干涉仪 光纤传感器 高速白光干涉测量 现场可编程门阵列 信号高速解调

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矢量涡旋光束的表征及腔内生成技术

9

作者 付时尧 海澜 +1 位作者 宋睿 高春清 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期110-119,共10页

矢量涡旋光束是一种新型的结构光场,具有螺旋相位和横截面各向异性偏振分布,在光镊、旋转体探测、光通信、高分辨率成像、量子信息等领域展现出广泛的应用前景。随着研究的不断深入,对矢量涡旋光束的复杂光场模式分布要求越来越高,给矢... 矢量涡旋光束是一种新型的结构光场,具有螺旋相位和横截面各向异性偏振分布,在光镊、旋转体探测、光通信、高分辨率成像、量子信息等领域展现出广泛的应用前景。随着研究的不断深入,对矢量涡旋光束的复杂光场模式分布要求越来越高,给矢量涡旋光束的生成技术带来了巨大的挑战。此外,如何更加实用且有效地完备表征矢量涡旋光束的模场分布、模式特性亦是其应用的重要基础。本研究团队长期从事包括矢量涡旋光束在内的结构光场调控及应用技术研究,提出了多种输出模式连续可调的矢量涡旋光束腔外、腔内生成技术。介绍了近年来本课题组在矢量涡旋光束的表征和腔内生成方面的主要工作,包括矢量涡旋光束总角动量态的四参量表征法、激光谐振腔内横纵模调控技术等,并在此基础上报道了人眼安全波段全固态矢量涡旋光束激光器。 展开更多

关键词 量子光学 矢量涡旋光束 总角动量 固体激光器

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临近空间飞行高温真空光纤绝压传感器设计 被引量：2

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作者 张雨彤 江毅 +1 位作者 杨水旺 张大有 《火箭推进》 CAS 北大核心 2024年第3期118-123,共6页

研制了一种用于临近空间飞行器在高温环境下的蓝宝石非本征法布里-珀罗干涉仪(extrinsic Fabry-Perot interferometer,EFPI)型光纤绝对压力传感器。蓝宝石晶片压力传感头由3片厚度不同的蓝宝石晶片键合构成,形成复合法布里-珀罗(Fabry-P... 研制了一种用于临近空间飞行器在高温环境下的蓝宝石非本征法布里-珀罗干涉仪(extrinsic Fabry-Perot interferometer,EFPI)型光纤绝对压力传感器。蓝宝石晶片压力传感头由3片厚度不同的蓝宝石晶片键合构成,形成复合法布里-珀罗(Fabry-Perot,FP)腔,可以同时测量温度和绝对压力,通过实时监测温度,对压力测量进行温度补偿,去除温度对压力测量的影响。实验结果表明:900℃内的每个温度点下,密封FP腔的光学腔长随压力线性变化;室温下,压力灵敏度为11.6 nm/kPa,压力灵敏度随温度的上升略微升高,压力测量的分辨率达到86 Pa。 展开更多

关键词 光纤压力传感器 非本征法布里-珀罗干涉仪 蓝宝石晶片 绝对压力测量

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基于大地距离计算相似度的海上目标轨迹预测 被引量：3

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作者 赵一鉴 林利 +2 位作者 王茜蒨 闻鹏 杨东 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2023年第11期3594-3598,共5页

目前基于相似度的移动目标轨迹预测算法一般根据数据的时空特性进行分类,无法体现算法自身的特点,为此提出一种基于算法特征的分类方法。轨迹相似度算法通常需要先计算两点之间的距离,再开展后续计算,而常用的欧氏距离(ED)只适用于目标... 目前基于相似度的移动目标轨迹预测算法一般根据数据的时空特性进行分类,无法体现算法自身的特点,为此提出一种基于算法特征的分类方法。轨迹相似度算法通常需要先计算两点之间的距离,再开展后续计算,而常用的欧氏距离(ED)只适用于目标在小区域范围内移动的问题。针对现有基于相似度的轨迹预测算法无法适用于移动范围比较大的海上目标轨迹预测的问题,提出使用大地距离代替ED进行相似度计算。首先,对轨迹数据进行预处理和分段;其次采用离散弗雷歇距离(FD)作为相似性度量;最后,利用模拟数据和实际数据进行测试。实验结果表明,当海上目标移动范围较大时,采用ED算法可能会得到不正确的预测结果,而所提算法可输出正确的目标轨迹预测结果。 展开更多

关键词 轨迹相似度 轨迹预测 欧氏距离 大地距离 弗雷歇距离

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基于点云多帧融合的相邻障碍物聚类分割方法 被引量：2

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作者 彭罗曼 张海洋 +3 位作者 王文鑫 白莎莎 刘炫 赵长明 《应用光学》 CAS 北大核心 2023年第6期1324-1331,共8页

相邻障碍物的分割是无人驾驶领域的技术难点,低线激光雷达点云稀疏,无法聚类远距离物体,但激光雷达线束越多越昂贵。为了实现低成本聚类分割相邻障碍物,实验场景选取常用交通场景对象相邻的人/人、人/车,提出了一种基于多帧融合的相邻... 相邻障碍物的分割是无人驾驶领域的技术难点,低线激光雷达点云稀疏,无法聚类远距离物体,但激光雷达线束越多越昂贵。为了实现低成本聚类分割相邻障碍物,实验场景选取常用交通场景对象相邻的人/人、人/车,提出了一种基于多帧融合的相邻障碍物分割方法。基于惯性测量单元、激光雷达融合多帧点云,解决了低线激光雷达因分辨率低而无法聚类远距离相邻行人的问题。提出改进的欧式聚类,加入自适应阈值和向量角度约束两个新的分割标准,提高相邻障碍物的分割效果。实验结果表明,该方法具有成本低、聚类精准等特点,与单帧传统欧式聚类算法相比,该方法针对相邻障碍物分割的准确度提升约30.7%,对低线激光雷达在障碍物聚类以及后续的检测具有一定参考意义。 展开更多

关键词 多帧融合 自适应阈值 相邻障碍物分割 稀疏点云聚类

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微纳光纤Fabry-Perot超低温压力传感器研究 被引量：5

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作者 张雨彤 江毅(指导) +1 位作者 崔洋 冯新星 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期221-227,共7页

提出了一种用于超低温环境的微纳光纤非本征法布里-珀罗干涉仪压力传感器。单模光纤端面通过飞秒激光刻蚀出微孔,与无芯光纤熔接形成密闭的法珀腔。通过将无芯光纤切割、研磨等步骤,制作出微纳光纤压力传感器。利用飞秒激光微加工,可以... 提出了一种用于超低温环境的微纳光纤非本征法布里-珀罗干涉仪压力传感器。单模光纤端面通过飞秒激光刻蚀出微孔,与无芯光纤熔接形成密闭的法珀腔。通过将无芯光纤切割、研磨等步骤,制作出微纳光纤压力传感器。利用飞秒激光微加工,可以加工出不同孔径的微孔及不同厚度的膜片,得到不同灵敏度及测量压力范围的压力传感器。实验结果表明,提出的传感器在-196℃、0~5 MPa的压力范围内表现出良好的线性度,压力升高和降低过程中腔长-压力灵敏度分别为110.33 nm/MPa和110.68 nm/MPa。该传感器能够满足超低温环境下的压力测量需求。 展开更多

关键词 非本征法布里-珀罗干涉仪 光纤传感器 飞秒激光微加工 超低温 压力测量

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湍流大气中高稳定性全庞加莱球光束模式选择(特邀) 被引量：3

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作者 刘雪婷 翟焱望 +1 位作者 付时尧 高春清 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2021年第9期70-80,共11页

作为新型结构光束的一类,全庞加莱球光束因其横截面上自旋角动量和轨道角动量发生耦合,近年来在自由空间光通信领域内受到广泛关注。然而,传输信道中的大气湍流将产生诸如光束扩展、漂移、光强闪烁等严重影响,进而限制光通信系统性能。... 作为新型结构光束的一类,全庞加莱球光束因其横截面上自旋角动量和轨道角动量发生耦合,近年来在自由空间光通信领域内受到广泛关注。然而,传输信道中的大气湍流将产生诸如光束扩展、漂移、光强闪烁等严重影响,进而限制光通信系统性能。结合随机相位屏,对具有"C"型偏振奇点的全庞加莱球光束、"V"型偏振奇点的柱矢量光束和均匀偏振的标量涡旋光束在湍流大气中的传播进行大量的数值模拟。归一化光强相关系数和模式纯度被用于研究杂合庞加莱球表面不同位置处表征的全庞加莱球的稳定性。结果表明,相较于具有相似偏振拓扑荷和光强分布的柱矢量光束以及标量涡旋光束而言,坐标位于南半球的全庞加莱球光束在弱湍流和中湍流(r0=0.5 m,0.125 m)下具有较高稳定性。而在强湍流下(r0=0.056 m),优势区域缩小至2σ∈[-5π/32,0](纬度坐标)。上述结果将为自由空间远距离通信中传输介质的选取提供重要依据并进一步促进通信质量的提升。 展开更多

关键词 全庞加莱球光束 大气湍流 高稳定性 杂合庞加莱球

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