高精度光學斬波器對光信號的調(diào)制

一、項目概述

1.1 引言

在光測量應用中，有時需要對光信號進行調(diào)制，以便光電變換后的選頻放大和相干檢測。我們可以使用光學斬波器來對光信號進行調(diào)制。光學斬波器通過控制葉片的轉(zhuǎn)動，葉片周期性地阻斷光源發(fā)出的連續(xù)的光，從而把光信號調(diào)制成等時斷續(xù)的光信號。

在光學研究中，有時候要對光信號進行測量，而待測的光信號可能很微弱，而且受到很多信號的干擾，甚至出現(xiàn)干擾信號強度遠遠高于待測光信號的情況。此時如果知道有用信號的頻率值，就可以使用鎖相放大器來測量這些淹沒在噪聲中的信號。而光學斬波器可以為鎖相放大器提供參比信號。光學斬波器通過對光學信號的調(diào)制，將光輻射信號調(diào)制成交變信號，輸出與調(diào)制頻率同步的參考電壓方波，從而為鎖相放大器提供一個準確的參比信號，以便鎖相放大器能夠識別出有用的微弱信號。使用光學斬波器進行的一個單光路實驗的過程如圖 1所示。

圖 1 單光路實驗過程

由于光學斬波器既能對被測光進行調(diào)制外，又能同時輸出與調(diào)制頻率同步的參考電壓方波，作為鎖定放大器的參考信號，所以光學斬波器特別適用于采用鎖定放大器的激光、光學或微波測量系統(tǒng)。

1.2 項目背景

目前市面上成熟的光學斬波器產(chǎn)品主要有：美國斯坦福研究系統(tǒng)公司的 SR540；美國Signal Recovery公司（前EG&G公司）包括Model 650系列（651－1，652－1，652－2），Model 197，Model 198A；英國Scitec公司Model-300C系列（300CD、 310CD、320CD、340CD、350CD、360C）、Model-C995；美國TTI公司C-995光學斬波器； 日本HORIBA公司的ACH-C。這些產(chǎn)品的精度和穩(wěn)定度都很高，它們的主要技術指標如表 1。

表 1主流光學斬波器技術參數(shù)

目前國內(nèi)市場只看到哈爾濱工業(yè)大學自動檢測與過程控制系統(tǒng)研究所研究的HIT-3型光學斬波器，可在20Hz～6kHz的頻率范圍對被測光進行調(diào)節(jié)，頻率穩(wěn)定性：《0.1%。由于光學斬波器很高的穩(wěn)定性、可靠性，才能被市場認同，現(xiàn)在國產(chǎn)的光學斬波器并未被廣泛推廣。

現(xiàn)在實驗中用的光學斬波器都是進口的，價格較貴，而且購買不方便?，F(xiàn)在借這次機會來研究光學斬波器，制作出光學斬波器并將其應用于實驗當中，取代目前實驗室的光學斬波器。