基于声光可调谐滤波器的光谱成像系统

设计并搭建了一套基于声光可调谐滤波器(AOTF)的光谱成像系统,该系统主要由前置成像镜头、AOTF、中继转像物镜、CCD相机、AOTF射频驱动器以及上位机组成。系统通过对AOTF的衍射光进行波长扫描,并利用CCD相机进行光谱图像采集,最终生成光谱图像立方体。该系统应用于400~700nm波段范围,光谱分辨率优于1nm,无扫描机械结构,实现了图谱合一。利用此系统进行了外场成像实验,经过0级光干扰抑制方法处理后的成像结果清晰可辨。进一步利用该系统对给定浓度在3.62×1017~1.21×1019molecule/cm2之间的不同NO2样气进行了测量,使用差分吸收光谱算法对所测光谱数据进行反演处理,得到NO2样气的测量浓度,并对测量值与给定值的误差和相关性作出了分析,其误差均在20%范围内,且相关系数为0.99401,表明二者具有良好的相关性,验证了该系统应用于污染气体测量方面的可行性。

基于LTCC工艺的YIG调谐滤波器小型化驱动器

提出了一种YIG调谐滤波器专用、基于低温共烧陶瓷(LTCC)工艺的小型化驱动器,其采用系统化封装SIP方案,体积缩小至常规小型化驱动器的1/4,以LTCC工艺技术制作的陶瓷基板为主载板、氮化铝基板为大功率元件载板,通过高密度SIP集成电容、电阻、集成电路裸芯的方式,实现驱动器的小型化。通过对基板特性分析、热源的计算与仿真、电流温度补偿,有效解决了小型化驱动器的电流温度漂移,使其电流温度漂移小于±0.5 mA,驱动器对YIG调谐器件(滤波器调谐灵敏度为20 MHz/mA)的频率温度漂移影响值小于±10 MHz,满足了YIG调谐器件的小型化驱动需求。

全圆锥入射下基于一维共振波导光栅的入射角调谐滤波器

本文提出并展示了一种全圆锥入射下基于一维共振波导光栅的入射角调谐滤波器。通过优化光栅层厚度,使其能够在支持TE导模的同时抑制TM导模。本文设计的滤波器呈现出可调谐的单一反射峰,峰值反射率理论上可达100%。当入射角改变时,共振波长可以由642.5 nm调节至484.6 nm。该反射峰是由一级衍射波与TE导模(基模)之间的共振效应所产生的。同样地,通过按比例增加光栅层的厚度和周期可实现应用于更高动态范围的可调谐滤波器。

声光可调谐滤波器的成像光谱技术

声光可调谐滤波器（AOTF）是一种新型的分光器件，能够从复色光中衍射出带宽很窄的单色光，和传统光谱仪相比，基于AOTF的光谱仪在工作机制和仪器设计上有其自身的特点。通过分析AOTF器件的工作原理、衍射方式和参数指标，搭建了基于AOTF的成像光谱系统，利用标准单色光源进行光谱定标，并进行室外实测实验以验证系统功能。与ASD公司光谱辐射计（FieldSpec Pro FR）的同步测量结果表明：该仪器通过经验线性法获得的550～1000nm植被光谱曲线和光谱辐射计获得的曲线较为一致，能够满足高光谱成像探测的要求。

高压直流输电系统双调谐滤波器特性研究

在分析高压直流输电（ＨＶＤＣ）系统双调谐滤波器阻抗－频率特性的基础上，给出其品质因数的定义，分析了阻尼电阻等参数对滤波性能的影响。并对某ＨＶＤＣ工程所采用的直流滤波器进行了计算，计算结果表明所提出的定义可以为双调谐滤波器的参数设计提供工程指导。

高压直流输电系统中双调谐滤波器参数研究及其仿真

针对高压直流系统中的换流装置产生谐波的问题,在高压直流输电(HVDC)系统中宜采用双调谐滤波器。对双调谐滤波器的特性进行分析和参数设计:由基波无功补偿容量公式推算出串联回路电容;由谐振频率与参数的关系确定串、并联电感及并联电容。由滤波参数可得出谐振点的公式,通过理论重点分析了双调谐滤波器在调谐频率下略显感性的重要意义,同时引入安全系数。最后,通过对一计算实例进行参数计算,并运用Matlab/Simulink对其仿真。结果表明,考虑到系统频率偏移,防止与系统发生并联谐振等综合因素,安全系数取1.0～1.1时效果较佳。

声光可调谐滤波成像光谱仪的CCD成像电子学系统

考虑声光可调谐滤波(AOTF)成像光谱仪的需求,设计了它的CCD成像电子学系统。选用e2v公司的CCD芯片CCD57-10作为图像传感器,提出了DC/DC+LDO的架构实现各偏置电压;基于现场可编程门阵列(FPGA)等器件产生驱动时钟,AD9826完成CCD输出模拟信号到数字信号的转换,并通过USB及CameraLink接口与计算机通信。设计了CCD保护电路,并优化了数模混合电路的印刷电路板(PCB)布局结构。对各功能单元的实际测试表明:各偏置电压纹波噪声峰峰值小于10mV;AD转换精度达12bit;系统能够正确成像,图像传输速率可达10frame/s,图像信噪比优于54dB,系统总功耗不足5W。设计结果满足AOTF成像光谱仪对CCD成像电子学系统的要求。

异质结构光子晶体微腔实现多通道可调谐滤波

为解决WDM系统中多信道同时滤波问题,设计并研究了缺陷对一种异质结构光子晶体多通道滤波器的调制机制,结果表明:在光子晶体环形滤波通道中引入点缺陷形成复合缺陷,可克服光子晶体环形腔结构的多模特性,实现单通道内的单纵模滤波;对于各个通道,复合缺陷中点缺陷的折射率对输出端透射谐振波长具有调谐作用,且对各通道的可调谐滤波作用彼此独立,随着点缺陷折射率的增大,输出的谐振波长出现红移现象。所设计的异质结构结构光子晶体对WDM系统实现多信道滤波功能提供理论和设计参考。

基于调谐滤波检测的光纤光栅压力传感器

本文将波登管的压力增敏作用与光纤光栅悬臂梁调谐技术相结合，采用光纤光栅调谐滤波检测方法，设计了一种高灵敏度光纤光栅压力传感器，在 ０～ １２ ＭＰａ的压力变化范围内，光纤布拉格光栅中心波长的改变与压力成良好的线性关系，获得了压力灵敏系数为－１． ７９×１０^（－４）／ＭＰａ，比裸光栅提高了两个数量级；借助高灵敏度的光纤光栅可调谐滤波器，压力测量的分辨力可达０．０１５ ＭＰａ。

用于火星探测的声光可调谐滤波器成像光谱仪

面向火星探测,设计并研制了一种基于声光可调谐滤波器(AOTF)原理的成像光谱仪地面原理样机。该样机由前置光机系统和后置电子学系统组成,光学系统采用消色差远心光路结构,工作波段为550～1 000nm,光谱分辨率为0.9～4.0nm。在电子学系统中引入可编程片上系统技术,并设计了新型SpaceWire高速总线接口用于数据传输。样机在实验室定标的基础上,搭载于模拟火星探测器上进行了成像试验。试验结果表明:样机成像质量良好;与ASD光谱仪的一致性对比检验表明,光谱测量准确可靠,两者数据匹配精度超过96%。SpaceWire接口实现了100 Mb/s数据率的稳定传输,满足设计指标25Mb/s的要求。样机的研制为AOTF成像光谱技术在火星遥感探测领域的应用奠定了技术基础。

声光可调谐滤波器(AOTF)消色散设计

介绍了非共线声光可调谐滤波器的构成及基本原理,计算了非共线声光可调谐滤波器衍射出的±1级衍射偏振光的偏转角,采用在光路中添加光楔的方法补偿非共线声光可调谐滤波器晶体色散引起的图像漂移.分析结果表明使用TeO2材料设计的光楔在楔角为7.6°的时候可以控制图像漂移在一个像元以内,并在400～900nm的工作波段范围内满足稳定成像的要求.

基于裂芯式可控电抗器双调谐滤波器研究

传统的无源滤波器通常由固定电抗器和电容器组成,在使用中系统频率、结构以及器件参数变化均会引起失谐现象。提出利用可控电抗器代替传统的固定电抗器,使滤波器在闭环控制下能自动跟踪电源频率和其他参数的变化,始终保持在特定频率谐振。深入分析了双调谐滤波器中串联可调电抗器参数对滤波器谐振频率和其他元件参数的相对灵敏度,证明了利用单个可控电抗器实现具有自调谐功能的双调谐滤波器的可行性。以电力系统中常见的5次、7次谐波滤波器为例,设计并实现了基于单个裂芯式可控电抗器的双调谐滤波器,并在试验中取得了良好效果。它相对于有源滤波器而言结构简单,成本低,易于实现。

单调谐滤波器的滤波特性与短路比的关系

单调谐滤波器在失谐或配置不当的情况下会发生并联谐振并引起电网谐波放大,该现象是由滤波器参数和电网参数共同决定的。引入了滤波器短路比这一新的特征参数,综合表征了滤波系统中的滤波器参数与电网参数。采用滤波器投入前后注入电网的谐波电流之比作为滤波效果的评价指标,通过分析电网不发生谐波放大的充要条件,揭示了电网谐波放大特性与滤波器短路比之间的简明的内在关系。在滤波器对所调谐谐波不发生放大的前提下,单调谐滤波器的最大允许失谐度与短路比成反比。为防止滤波器对调谐频率以下的各次谐波发生并联谐振,滤波器短路比必须避开某些禁值。给出了单调谐滤波器在19次以下谐波的短路比禁值以及合理取值范围。

集成可调谐滤波器的光开关器件技术研究

【目的】在可重构光分插复用器(ROADM)下行传输中,可调谐光滤波器(TOF)是在一定光带宽范围内动态选择波长通过的滤波器,通过对波长选择开关(WSS)或多播切换开关(MCS)输出端口进行波长选择滤波筛选并对光强进行衰减均衡,使得ROADM各个输出端口光强一致。MCS基于光开关(OSW)原理,通过同时切换多个输入通道将数据传输到一个或多个输出端口,对多播数据实现快速、准确和可靠地传输。当前大多数MCS需要与TOF阵列一同工作,以避免意外信道,同时确保在MCS之后进入接收器的功率不会饱和或严重串扰。目前大多数TOF阵列尺寸较大,很难与MCS集成,影响了无色无方向性无竞争性(CDC)-ROADM的实现。为了降低ROADM下行传输系统的实现难度,需要解决模块体积臃肿的问题。因此,文章设计了一种集成TOF功能的OSW器件,减小了MCS模块的体积并优化了结构。【方法】文章将TOF的功能集成到MCS模块中,设计了同时能实现光通道选择和光波长选择功能的器件。由于微机电系统(MEMS)可以分别实现OSW和TOF的功能,且MEMS器件相对容易实现,兼具调谐速度快、可调谐范围宽和体积小等优点,因此文章基于现有MEMS OSW和TOF方案设计了一种兼具二者功能的新器件。该器件基于MEMS技术,配以多芯准直器,使得器件的X和Y轴分别实现OSW和TOF功能,且功能间互相独立,干扰较小。文章介绍了此器件的基本原理和光学结构,并在此基础上进行了光学设计和仿真验证。【结果】仿真结果表明,该器件具有良好的光学性能,可以满足MCS器件的使用需求。【结论】文章所提采用TOF-OSW器件的MCS模块相当于在其中集成了TOF的功能,因此省去了原本TOF的成本和空间,降低了成本并减少了占用空间及降低了系统复杂度,因此TOF-OSW器件有着广阔的应用前景及实际需求,也能更好地满足ROADM系统对实现CDC功能的需求。

基于可控电抗器的单调谐滤波器

介绍了一种基于可控电抗器的单调谐滤波器,通过将普通的无源滤波器进行有源化的改造,改善传统无源滤波器易受参数影响而失谐的缺点,实现当系统其他参数变化时,可以通过调节电感值使滤波器在原来的频率处保持谐振状态,从而保持较好的滤波效果。对检测滤波支路n次谐波电压、电流同相位法和滤波后系统侧n次谐波电流幅值最小法2种闭环控制策略的可行性和特点进行了分析,并利用基于自寻最优的控制方法进行了7次单调谐滤波器的实验,结果证明了基于可控电抗器的单调谐滤波器具有良好的滤波效果和对系统参数变化的自调谐功能。

二氧化碲可调谐滤波器的光和声入射角分析

以TeO2声光可调谐滤波器(AOTF)的工作原理为基础,根据光通信中光插分复用器件的性能要求,利用Matlab计算软件,从动量匹配、晶体旋光性、器件带宽和共线4方面对其光声入射角进行分析.结果表明:在满足动量匹配的前提下,考虑晶体旋光性时,光入射角工作在4°～25°和60°～90°内;器件线宽小于1nm;在400nm的通频带内光入射角应大于31°,否则调谐范围下降.此外,对光通信TeO2器件,应选择非共线工作.

电力调谐滤波器的最佳偏调谐设计

在给定谐波分流比的条件下,导出了滤波器参数选择范围与最大失谐度的关系式。提出了一种最佳偏调谐设计方法,通过调整滤波器的调谐频率,使滤波器的正负失谐度产生一定偏移,当调整后的最大正失谐与最大负失谐对滤波器容量下限的要求一致时,滤波器的容量下限将最小。模拟计算结果表明,与全调谐和经验调谐设计相比,最佳偏调谐设计的滤波器具有最小的容量下限。

一维光子晶体波长可调谐滤波器

介绍了一种将液晶作为缺陷引入到一维光子晶体结构中,实现波长可调谐的滤波器。通过对光子晶体的滤波特性的分析清晰地说明这种光可调谐滤波器的原理和可行性。同时选用手征近晶型液晶,利用电压对这种液晶折射率的调制快于向列液晶的特性,得到符合现在光通信网要求的体积小、阻带区对透光抑制力强、损耗低和开关速度快的可调滤波器。最后,对滤波结构中的重要参数进行了探讨。

交流调谐滤波器失谐度检测方法的研究

失谐度的在线检测是评估调谐滤波器运行状态和实现滤波器自动调谐的关键,但是,按照失谐度的定义难以实现失谐度的在线直接测量。通过对滤波器失谐特性的分析,推导出失谐度与滤波器谐波阻抗角的正切值成正比关系,并由此提出了一种失谐度的间接测量方法。对母线电压和滤波器电流进行同步采样,利用离散傅立叶变换求取滤波器的谐波阻抗角,进而计算出失谐度。建立了基于LabVIEW的失谐度在线检测系统,实验结果表明该方法的测量精度满足自动调谐控制系统的要求。

热光Si共振腔型可调谐滤波器

报道了利用 Si基键合技术和化学机械抛光工艺制作的垂直结构的 Fabry- Perot可调谐滤波器 ,调谐机理为pn结正向注入电流引起的热光效应 .调谐范围可达 2 3nm,响应时间约为 30 0 μs,并给出了获得更快响应和更低能耗的热光和电注入可调谐滤波器件结构改进方案 .