基于电感耦合等离子体源的CO_(2)色散干涉仪搭建和测试

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。

基于FPGA的CO_(2)色散干涉仪数据采集卡设计

为了满足托卡马克装置放电后CO_(2)色散干涉仪中数据离线分析需求,本文设计了基于PXIe平台的数据采集卡。该采集卡选用了采样率为20MS/s的ADC,使用了FPGA作为数据传输与处理的主要芯片,通过PXIe总线以直接内存访问(Direct Memory Access)的方式将实时采集数据传输到主机端。测试结果表明,该采集系统单卡测试带宽可达到2GB/s,远远满足ADC数据80MB/s的带宽,能够稳定地将实时采集数据完整地传输到主机中,完全符合离线分析性能需求。

CO_(2)色散干涉仪上相位差校正方法的研究

为了消除CO_(2)色散干涉仪运行过程中光学弹性调制器产生的参考信号与光电探测器产生的测量信号之间传输的不同步性对等离子体密度测量结果的影响,提出一种基于正交解调的相位差实时校正算法,保证了参考信号与测量信号传输的同步性。将此相位差校正算法在FPGA上实现,从而实现了数据的实时处理。实验结果表明,该相位差校正算法进一步提升了测量结果的精度,测量精度可达0.7°。

基于色散干涉图像的拼接望远镜共相零位标定方法研究

镜面拼接是一种提高望远镜分辨率的有效方法,拼接子镜间的相位平移误差是影响拼接望远镜成像质量的重要因素.针对当前拼接望远镜中的共相问题,提出了色散干涉图像峰值比值为评价函数的共相零位标定方法.以两个子镜为研究对象,对该共相零位标定方法进行了仿真验证,并搭建了两孔径共相零位标定实验平台,验证了基于色散干涉图像的拼接望远镜共相零位标定方法的可行性.实验结果表明,该方法不受2π模糊性问题影响,可在几百微米共相误差范围内以10 nm左右精度对共相零位进行标定,解决了现有标定方法动态范围受限的问题.

基于光栅色散干涉条纹的菲佐光干涉望远镜共相检测方法研究

菲佐光干涉望远镜实现高分辨率成像的关键是各子孔径之间相位平移误差的共相检测.基于物理光学基本原理,论证了两个子孔径在单色光条件下其远场干涉条纹峰值偏移量与其相位平移误差之间的近似线性关系,提出了一个波长范围内的平移误差检测方法;进而提出了基于光栅色散干涉条纹的共相检测方法,并对其可行性、检测精度和检测范围进行了理论分析与仿真实验.结果表明,该方法在原理上可以实现对两孔径的相位平移误差进行直接检测,50μm范围内平移误差的检测精度优于20 nm,解决了既有方法可能存在的2π模糊性及无法判断平移误差正负的问题.该方法为共相检测技术的进一步研究提供了新的途径和参考.

HL-2M装置CO_(2)色散干涉仪研制

研制了一套新型CO_(2)激光色散干涉仪用于HL-2M装置初始放电期间的电子密度测量。该系统采用基于激光倍频的色散测量原理,能够消除机械振动产生的相位误差。该系统使用全新的调相式信号调制,研发了相应的数据采集/处理/上传系统。根据实验测量结果表明,CO_(2)激光色散干涉仪和微波干涉仪测量曲线基本一致,色散干涉仪系统的测量精度约为2×10^(17)m^(-3),密度测量上限能达到1010^(21)m^(-3)。

角色散FP干涉测速技术应用与分析

发展了固定腔结构的角色散FP干涉测速系统,干涉仪结构紧凑,采用固定腔标准具,实现了干涉条纹永久免调,并且条纹常数的标定非常简单。该系统可用于靶面反射光强动态变化很大的场合,在电炮驱动Mylar膜飞片实验中,光强变化达100倍时仍然获得了很好的结果。分析了标准具厚度误差、标准具端面不平行、干涉条纹动态展宽和扫描图像畸变等因素对系统测量精度的影响以及系统的速度和时间分辨能力。

飞秒激光频率梳精密测距技术综述

高精度绝对距离测量在科技发展中具有重要的作用,传统的测量方法已无法满足日益提高的测量要求。光学频率梳是重频和相位完全锁定的锁模脉冲激光,具有很高的空间、时间和频率分辨率。基于光频梳的测距技术由于在大尺寸计量及未来空间任务中的应用潜力引起了极大关注。介绍了光频梳测距技术的发展与现状,重点介绍了5种测量原理,包括合成波长干涉法、多波长干涉法、色散干涉法、双光梳干涉法和飞行时间法。

基于飞秒激光器光学频率梳的绝对距离测量

提出使用飞秒激光器的光学频率梳测量绝对距离的方法。将一个飞秒激光器作为绝对距离测量的光源,搭建迈克尔逊干涉结构,利用色散干涉原理进行相应的光谱分析,得到干涉光路的光学路径差引起的相位差,最终计算出干涉光路的光学路径差。实验结果表明我们的长度测量方法精确度高,分辨力达到纳米量级。最小测量距离达到9μm,非模糊范围达到5.75mm。相对于传统白光色散干涉技术的有限测量范围,最大测量距离可以扩展到任意长度。

基于光学频率梳的高精度距离测量研究进展(特邀)

光学频率梳的输出信号在时域上表现为等间隔排列的超短脉冲序列,在频域上表现为一系列相位相干的分立谱线,可作为参考标准实现高精度的距离测量,在科研和工业领域拥有非常广阔的应用前景。文中回顾了近年来光学频率梳高精度测距研究的进展,对单光梳飞行时间法、双光梳下采样法、色散干涉法等几类典型测距方案的工作原理和代表性结果进行了阐述,并对上述方案的优势、局限性及适用的工作场景进行了分析,最后介绍了新型双光梳激光器和微腔光学频率梳在测距领域的应用以及对系统性能的提升。

空间拼接主镜望远镜共相位检测方法

总结了常用的共相位检测方法,分析了各种方法的特点及其用于空间望远镜在轨检测的适用性。提出了一种新的基于色散瑞利干涉原理的共相位误差检测方法和相应的干涉条纹数据处理方法——二维色散条纹分析法。介绍了色散瑞利干涉法的基本原理,给出了其检测拼接主镜望远镜共相位误差的光路图。为验证所提出的方法,搭建了一套色散瑞利干涉仪检测共相位误差的实验验证装置。初步的实验结果表明所搭建的色散瑞利干涉实验装置的量程可达到200μm,多次测量值的均方根误差(重复性)优于2 nm,共相位误差δ≤1μm时,测量精度为6.56 nm,可以满足空基分块主镜望远镜在轨共相位检测的要求。