量子电子学报

作者：童杰,梅海平,任益充,陶志炜,

单位：1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031; 2 中国科学技术大学研究生院科学岛分院, 安徽 合肥 230026; 3 先进激光技术安徽省研究室, 安徽 合肥 230037

关键词：大气光学,大气光学湍流,相位检测方法,相位载波解包裹,随机相位差,

基金：国家自然科学基金项目(11904369), 中科院合肥物质科学研究院院长基金青年项目(YZJJ2023QN05)

针对光纤湍流测量技术中湍流随机相位差解调算法存在的相位检测周期性边界问题, 从内调制相位载波技术原理及其信号表现形式出发, 提出了一种结合相位解包裹技术的大气光学湍流相位差解调算法, 称之为相位载波解包裹算法(PGCU)。通过数值模拟, 对比分析了该算法与传统微分交叉(DCM)算法在不同条件下的解调误差。仿真结果表明: PGCU算法不仅能够突破检测相位的周期性边界, 而且在湍流由强变弱的条件下, 其解调误差均值相比DCM算法大幅度降低7～11个数量级, 且解调误差与信号幅值、频率均呈正相关趋势; 调制频率从2000 Hz提高到7000 Hz, PGCU算法的解调误差最大值减少4个数量级, 而DCM算法只能降低8.8%。此外, 还提出了动态跟踪调制频率算法来解决调制频率波动带来的误差问题。最后， 通过搭建实验平台解调压电陶瓷产生的相位差实验, 给出解调相位与测量相位最小相对误差为1.18%, 最大相对误差为11.61%, 初步验证了PGCU算法的可靠性和精度。该研究通过引入相位解包裹技术， 提高了湍流随机相位差检测范围, 大幅度降低了解调误差, 对光纤湍流测量系统的实际应用有一定的指导意义。

来源：2025年第2期

《量子电子学报》期刊编辑部

查看量子电子学报杂志2025年第2期