高精度光学斩波器对光信号的调制

一、项目概述

1.1 引言

在光测量应用中，有时需要对光信号进行调制，以便光电变换后的选频放大和相干检测。我们可以使用光学斩波器来对光信号进行调制。光学斩波器通过控制叶片的转动，叶片周期性地阻断光源发出的连续的光，从而把光信号调制成等时断续的光信号。

在光学研究中，有时候要对光信号进行测量，而待测的光信号可能很微弱，而且受到很多信号的干扰，甚至出现干扰信号强度远远高于待测光信号的情况。此时如果知道有用信号的频率值，就可以使用锁相放大器来测量这些淹没在噪声中的信号。而光学斩波器可以为锁相放大器提供参比信号。光学斩波器通过对光学信号的调制，将光辐射信号调制成交变信号，输出与调制频率同步的参考电压方波，从而为锁相放大器提供一个准确的参比信号，以便锁相放大器能够识别出有用的微弱信号。使用光学斩波器进行的一个单光路实验的过程如图 1所示。

图 1 单光路实验过程

由于光学斩波器既能对被测光进行调制外，又能同时输出与调制频率同步的参考电压方波，作为锁定放大器的参考信号，所以光学斩波器特别适用于采用锁定放大器的激光、光学或微波测量系统。

1.2 项目背景

目前市面上成熟的光学斩波器产品主要有：美国斯坦福研究系统公司的 SR540；美国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；英国Scitec公司Model-300C系列（300CD、 310CD、320CD、340CD、350CD、360C）、Model-C995；美国TTI公司C-995光学斩波器； 日本HORIBA公司的ACH-C。这些产品的精度和稳定度都很高，它们的主要技术指标如表 1。

表 1主流光学斩波器技术参数

目前国内市场只看到哈尔滨工业大学自动检测与过程控制系统研究所研究的HIT-3型光学斩波器，可在20Hz～6kHz的频率范围对被测光进行调节，频率稳定性：《0.1%。由于光学斩波器很高的稳定性、可靠性，才能被市场认同，现在国产的光学斩波器并未被广泛推广。

现在实验中用的光学斩波器都是进口的，价格较贵，而且购买不方便。现在借这次机会来研究光学斩波器，制作出光学斩波器并将其应用于实验当中，取代目前实验室的光学斩波器。