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采用相干技术的高分辨光谱检测系统设计

刘玉红,  程其娈,  谭佐军,  陈建军

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刘玉红, 程其娈, 谭佐军, 陈建军. 采用相干技术的高分辨光谱检测系统设计[J]. 红外与激光工程, 2019, 48(4): 417005-0417005(6). doi: 10.3788/IRLA201948.0417005
引用本文: 刘玉红, 程其娈, 谭佐军, 陈建军. 采用相干技术的高分辨光谱检测系统设计[J]. 红外与激光工程, 2019, 48(4): 417005-0417005(6). doi: 10.3788/IRLA201948.0417005
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Liu Yuhong, Cheng Qiluan, Tan Zuojun, Chen Jianjun. Design of high resolution optical spectrum detecting system based on interference technique[J]. Infrared and Laser Engineering, 2019, 48(4): 417005-0417005(6). doi: 10.3788/IRLA201948.0417005
Citation: Liu Yuhong, Cheng Qiluan, Tan Zuojun, Chen Jianjun. Design of high resolution optical spectrum detecting system based on interference technique[J]. Infrared and Laser Engineering, 2019, 48(4): 417005-0417005(6). doi: 10.3788/IRLA201948.0417005
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采用相干技术的高分辨光谱检测系统设计

doi: 10.3788/IRLA201948.0417005
  • 1.

    华中农业大学 理学院,湖北 武汉 430070;

  • 2.

    华中农业大学 应用物理研究所,湖北 武汉 430070

基金项目: 

国家自然科学基金（61605053）;湖北省自然科学基金面上项目（2016CFB496）;中央高校基本科研业务费专项资金（2662016PY059）

详细信息
    作者简介:

    刘玉红(1987-),女,工程师,硕士,主要从事集成光学、光纤传感和光器件方面的研究。Email:liuyuhong1234@163.com

    通讯作者: 陈建军(1978-),男,副教授,博士,主要从事生物光电检测及智能化等方面的研究。Email:chenjianjun@mail.hzau.edu.cn

  • 中图分类号: TH741

Design of high resolution optical spectrum detecting system based on interference technique

  • 1.

    College of Sciences,Huazhong Agricultural University,Wuhan 430070,China;

  • 2.

    Institute of Applied Physics,Huazhong Agricultural University,Wuhan 430070,China

  • 摘要: 采用外差相干技术理论上可以获得低至MHz量级甚至更高分辨率的光谱信息。介绍了一种基于外差相干技术方法实现的光谱检测系统，并推导了90光学混频器和平衡探测器的信号传输原理，讨论了本振光和滤波器的性能参数与光谱检测分辨率的关系。利用光通信系统设计软件OptiSystem建立了完整的相干光谱检测系统的模型，并使用波长扫描和迭代运算模拟了实际本振光信号的工作模式，验证了该方案实现高分辨光谱分析的可行性和优越性。最后分析了对于频率间隔为40 MHz的被测信号，不同的本振光扫描线宽、扫描步长和滤波器带宽参数组合实现的仿真结果，并总结了光谱检测精度对本振光和滤波器等关键参数的要求。
    Abstract: The optical spectrum details could be detected theoretically even as low as MHz lever based on heterodyne interference principle. A scheme design of optical spectrum detecting system based on heterodyne interference technique was introduced,in which the signal transmission principle from the 90optical mixer to the balanced detector was deduced. Moreover, the relationship between the settings of the local oscillator, as well as the filter intermediate frequency and the system resolution was concluded. The compact spectrum detecting system is built upon OptiSystem software, in which the wavelength sweep and iteration could be used to simulate actual local oscillator operating mode, thus the feasibility and superiority of the ultra-high resolution spectrum analysis function were verified. In the end, the simulation results of different linewidth and scanning step length of local oscillator, as well as the filtering parameters was given in 40 MHz frequency interval. The resolution requirement on the local oscillator and filter was concluded.
  • [1] Shieh W, Bao H, Tang Y. Coherent optical OFDM:theory and design[J]. Optics Express, 2008, 16(2):841-859.
    [2] Nakazawa M, Kikuchi K, Miyazaki T. High Spectral Density Optical Communication Technologies[M]. Berlin Heidelberg:Springer-Verlag, 2010:24-28.
    [3] Yang Xianglin. Optical Fiber Communication System[M]. Beijing:National Defence Industry Press, 2000:139-141, 217-220.
    [4] Li Fang, He Jun, Xu Tuanwei, et al. Fiber laser sensing technology and its applications[J]. Infrared and Laser Engineering, 2009, 38(6):1025-1032. (in Chinese)李芳, 何俊, 徐团伟, 等. 光纤激光传感技术及其应用[J]. 红外与激光工程, 2009, 38(6):1025-1032.
    [5] Chen Yuchen. Research of relative phase measurement of periodical signal based on ultra-high resolution optical spectrum[D]. Wuhan:Huazhong University of Science and Technology, 2015. (in Chinese)陈宇晨. 基于超高分辨率光谱的周期性信号相对相位测量方法研究[D]. 武汉:华中科技大学, 2015.
    [6] Coddington I, Swann W C, Newbury N R. Coherent multiheterodyne spectroscopy using stabilized optical frequency combs[J]. Physical Review Letters, 2008, 100(1):013902.
    [7] Dai Yonghong, Liu Yanfei, Zhou Haotian, et al. Sensitivity testing and experiment of balanced photodetectors in the space coherent optical communication[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(10):3110-3116. (in Chinese)代永红, 刘彦飞, 周浩天, 等. 空间相干光通信中平衡探测器灵敏度测试实验[J].红外与激光工程, 2015, 44(10)3110-3116.
    [8] Chen Mu, Ke Xizheng. Power spectrum performance and bit error rate of mixed noise in QPSK modulated optical communication[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(10):1022005. (in Chinese)陈牧,柯熙政. QPSK调制光通信中混合噪声的功率谱性能与误码率[J]. 红外与激光工程, 2017, 46(10):1022005.
    [9] Xue Shuhao, Chen Xue, Liu Wentao. A novel carrier phase recovery for optical coherent receivers with 16 QAM modulation format[C]//ICMMCT, 2016:194-198.
    [10] Rejoy Isaac. High resolution optical coherent-channel analyzer using balanced-coherent detection and temperature-tuned DFB laser as local oscillator[D]. Victoria:University of Victoria, 2008.
    [11] Yohei Sakamaki, Yusuke Nasu, Toshikazu Hashimoto, et al. Reduction of phase-difference deviation in 90optical hybrid over wide wavelength range[J]. IEICE Electronics Express, 2010, 7(3):216-221.
    [12] Yu Jun, Huang Mingliu, Zou Yaozhao, et al. Phase noise cancellation for coherent optical OFDM system based on polarization diversity[J]. Acta Optica Sinica, 2016, 36(8):0806001. (in Chinese)余骏, 黄鸣柳, 邹垚昭, 等. 偏振分集相干光OFDM通信系统中的相位噪声消除[J]. 光学学报, 2016, 36(8):0806001.
    [13] Jiang Xuelin. The study of ultra-high resolution coherent spectral analysis system based on heterodyne interference[D].Harbin:Harbin Institute of Technology, 2016. (in Chinese)姜雪林. 基于外差干涉的超高分辨力相干光谱分析系统研究[D]. 哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2016.
    [14] Tian Haiting, Zhang Chunxi, Jin Jing, et al. Effect of modulation frequency jitter on coherent detection and its elimination algorithm[J]. Optics and Precision Engineering, 2007, 15(4):604-610.
    [15] Li Jing, Zhang Wen, Miao Wei, et al. Development of ultra high sensitivity superconducting THz detectors[J]. Chinese Optics, 2017, 10(1):122-130. (in Chinese)李婧, 张文, 缪巍, 等. 超高灵敏度太赫兹超导探测技术发展[J]. 中国光学, 2017, 10(1):122-130.
  • [1] 王敬雯, 尹子恺, 尹飞飞, 戴一堂.  高分辨率任意可重构微波光子滤波器 . 红外与激光工程, 2023, 52(10): 20230015-1-20230015-9. doi: 10.3788/IRLA20230015
    [2] 王丽英, 有泽, 吴际, CAMARA Mahamadou.  联合NDRI特征和空间相关性的机载MS-LiDAR数据分类 . 红外与激光工程, 2023, 52(2): 20220376-1-20220376-11. doi: 10.3788/IRLA20220376
    [3] 雷姚远, 陈琦凯, 刘逸天, 马耀光.  中红外超表面的成像和检测原理及应用进展（特邀） . 红外与激光工程, 2022, 51(3): 20220082-1-20220082-19. doi: 10.3788/IRLA20220082
    [4] 王波, 黄育飞, 苏安, 高英俊.  两端对称复缺陷对光子晶体透射特性的激活效应 . 红外与激光工程, 2021, 50(S2): 20200356-1-20200356-6. doi: 10.3788/IRLA20200356
    [5] 常兵涛, 陈传法, 郭娇娇, 武慧明.  机载LiDAR点云分块插值滤波 . 红外与激光工程, 2021, 50(9): 20200369-1-20200369-9. doi: 10.3788/IRLA20200369
    [6] 冯发杰, 丁亚洲, 吏军平, 黄星北, 刘欣怡.  使用显著性划分的机载激光雷达点云滤波 . 红外与激光工程, 2020, 49(8): 20190439-1-20190439-9. doi: 10.3788/IRLA20190439
    [7] 张文辉, 曹良才, 金国藩.  大视场高分辨率数字全息成像技术综述 . 红外与激光工程, 2019, 48(6): 603008-0603008(17). doi: 10.3788/IRLA201948.0603008
    [8] 吴欣, 戴聪明, 武鹏飞, 唐超礼, 赵凤美, 魏合理.  机载大气红外高分辨率光谱的信息量分析 . 红外与激光工程, 2019, 48(11): 1104004-1104004(9). doi: 10.3788/IRLA201948.1104004
    [9] 张天一, 侯永辉, 徐腾, 姜海娇, 新其其格, 朱永田.  LAMOST高分辨率光谱仪杂散光分析 . 红外与激光工程, 2019, 48(1): 117003-0117003(8). doi: 10.3788/IRLA201948.0117003
    [10] 申远, 于磊, 陈素娟, 沈威, 陈结祥, 薛辉.  高分辨率近红外成像光谱仪光学系统 . 红外与激光工程, 2019, 48(8): 814005-0814005(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0814005
    [11] 潘继环, 苏安, 赵宏斌, 韦永相, 高英俊.  对称双缺陷对光子晶体光传输特性的调制 . 红外与激光工程, 2019, 48(S1): 152-157. doi: 10.3788/IRLA201948.S121001
    [12] 许艺腾, 李国元, 邱春霞, 薛玉彩.  基于地形相关和最小二乘曲线拟合的单光子激光数据处理技术 . 红外与激光工程, 2019, 48(12): 1205004-1205004(10). doi: 10.3788/IRLA201948.1205004
    [13] 李唐安, 李世阳, 张家明, 孙轩, 郭荣静.  基于Goertzel算法的红外气体检测方法 . 红外与激光工程, 2019, 48(3): 304003-0304003(6). doi: 10.3788/IRLA201948.0304003
    [14] 苏安, 王高峰, 蒙成举, 唐秀福, 高英俊.  光子晶体二元缺陷微腔的光传输特性 . 红外与激光工程, 2017, 46(6): 620004-0620004(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0620004
    [15] 张智, 林栩凌, 张建兵, 何红艳.  太赫兹成像质量提升方法 . 红外与激光工程, 2017, 46(11): 1126002-1126002(5). doi: 10.3788/IRLA201746.1126002
    [16] 史朝龙, 孙红胜, 王加朋, 孙广尉, 吴柯萱.  光谱可调谐式高分辨率光学载荷校准技术 . 红外与激光工程, 2016, 45(11): 1117007-1117007(6). doi: 10.3788/IRLA201645.1117007
    [17] 孙美玲, 李永树, 陈强, 蔡国林.  基于迭代多尺度形态学开重建的城区LiDAR 滤波方法 . 红外与激光工程, 2015, 44(1): 363-369.
    [18] 曹永刚, 王旻, 余毅, 王涛, 王弟男, 佟刚, 孙俊喜.  车载光测设备平台倾斜的测量与数据处理 . 红外与激光工程, 2014, 43(8): 2704-2708.
    [19] 陈卫东, 于娜, 陈颖, 申远, 王文跃.  级联光子晶体Mach-Zehnder干涉仪的可调谐滤波特性 . 红外与激光工程, 2014, 43(12): 4023-4027.
    [20] 毛海岑, 刘爱东.  利用证据理论的图像融合方法 . 红外与激光工程, 2013, 42(6): 1642-1646.
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-11-14
  • 修回日期:  2018-12-18
  • 刊出日期:  2019-04-25

采用相干技术的高分辨光谱检测系统设计

doi: 10.3788/IRLA201948.0417005
  • 1. 华中农业大学 理学院,湖北 武汉 430070;
  • 2. 华中农业大学 应用物理研究所,湖北 武汉 430070
    • 作者简介:

    刘玉红(1987-),女,工程师,硕士,主要从事集成光学、光纤传感和光器件方面的研究。Email:liuyuhong1234@163.com

    通讯作者: 陈建军(1978-),男,副教授,博士,主要从事生物光电检测及智能化等方面的研究。Email:chenjianjun@mail.hzau.edu.cn
  • 收稿日期: 2018-11-14
  • 修回日期: 2018-12-18
  • 刊出日期: 2019-04-25
基金项目:

国家自然科学基金（61605053）;湖北省自然科学基金面上项目（2016CFB496）;中央高校基本科研业务费专项资金（2662016PY059）

  • 中图分类号: TH741

摘要: 采用外差相干技术理论上可以获得低至MHz量级甚至更高分辨率的光谱信息。介绍了一种基于外差相干技术方法实现的光谱检测系统，并推导了90光学混频器和平衡探测器的信号传输原理，讨论了本振光和滤波器的性能参数与光谱检测分辨率的关系。利用光通信系统设计软件OptiSystem建立了完整的相干光谱检测系统的模型，并使用波长扫描和迭代运算模拟了实际本振光信号的工作模式，验证了该方案实现高分辨光谱分析的可行性和优越性。最后分析了对于频率间隔为40 MHz的被测信号，不同的本振光扫描线宽、扫描步长和滤波器带宽参数组合实现的仿真结果，并总结了光谱检测精度对本振光和滤波器等关键参数的要求。

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