范国芳[1]2004年在《声光可调谐滤波器特性矩阵与旁瓣抑制的研究》文中研究说明本文主要进行了下面叁项工作的研究：声光可调谐滤波器（AOTF）特性的矩阵分析声光可调谐滤波器是一种高速分光元件，由于具有分光速度快，尺寸小和光谱范围宽等特点，因此经常作为分光元件，被广泛用于光谱在线检测中。本部分通过分析声光可调谐滤波器的原理以及特性，运用一个矩阵综合地表述了声光可调谐滤波器的特性。根据此矩阵得出了红外光谱测量中正交双偏振法，并通过实验验证了其有效性。该特性矩阵对分析、设计各种有关声光可调谐滤光器光路系统具有重要的意义。声光可调谐滤波器旁瓣的抑制光谱测量系统需要从光谱中提取信息，这一特性要求光谱测量仪器具有较高的光谱分辨率和信噪比，因此作为分光系统核心器件的AOTF的性能就很重要。而旁瓣是AOTF的一个重要性能参数，旁瓣的大小直接影响分光的纯度，因此研究旁瓣抑制对光谱纯度要求很高的近红外光谱检测有重要的实际意义。根据在声光相互作用通道上，声强分布不同，其旁瓣特性将不同，因此可通过改变换能器的形状来改变声强分布从而抑制旁瓣。本部分对不同形状换能器产生的声强进行了定量计算，根据计算设计了不同形状换能器的声光可调谐滤光器，并实测了它们的光学特性，实验结果表明，改变换能器形状可以抑制旁瓣。有限元-人工透射边界法在集成光学中，有关场分布的计算非常重要。通常运用有限元、光束传播法等方法来计算场分布,但是在计算中边界问题一直未得到妥善的处理，往往造成波在边界的反射，给计算结果带来很大的误差。本部分引入地震学中处理边界问题的透射边界法来处理边界问题，并结合有限元方法，提出了有限元-人工透射边界法。且运用此方法对渐变型声指向耦合器中表面声波导二维声场进行了计算，说明了该方法的实用性。
李可佳[2]2008年在《基于铌酸锂波导的电光调谐ROADM设计》文中研究表明具有动态配置能力的可重构光分插复用器(ROADM)是光网络由现行的波分复用(WDM)系统向全光网络演进过程中不可或缺的关键节点器件,是光网络“智能”实现的重要基础,它不仅能够像传统的非重构光分插复用器(OADM)那样,可以从多波长线路信号中提取特定波长到本地,以及将本地波长插入到线路中去,而且可以动态调节节点的上下话路波长,从而实现光网络的动态重构,大大加快光网络透明化和智能化进程。现行的ROADM技术大多基于分立光学器件,成本高、可靠性差,不利于集成化,此外由于调谐手段的限制,在超高速网中应用时存在响应速度偏慢的问题。为适应光网络对ROADM器件的要求,本论文提出一种新颖的电光调谐的可重构光分插复用器。该器件采用钛扩散铌酸锂波导结构,其光路部分由偏振转换部分(PCS)和两个偏振分束器(PBS)组成,其中PCS由多个偏振转换单元(PCU)与多个波长调谐单元(WTU)交替排列在波导上构成。器件采用电光光栅实现偏振转换,同时以电光效应实现波长调谐。本论文从波导光学、光电子学以及模式耦合理论等基本原理出发,推导出器件的各部分参数对器件性能的影响。在此基础上,对器件的物理和几何参数进行计算,设计出了器件中使用的钛扩散铌酸锂波导的制备参数、PBS的波导参数、PCS中各波导参数、PCU及WTU的电极结构以及所施加电压等。最后,本论文还对各PCU中的电压分布进行了多种改进,以适应对ROADM的通带宽度、旁瓣抑制等各项指标要求。并且本论文还给出了几种较为简化的备选设计方案,适用于对可重构性要求较低的场合。经理论分析及仿真研究表明,本论文设计的ROADM,具有集成度高、响应速度快、通带宽度窄、串扰低等特点。并且可在不改变器件结构的条件下实现通带宽度可调,可满足不同信道间隔的密集波分复用系统需求,还可实现相邻信道的同时下载。
李可佳[3]2011年在《基于钛扩散铌酸锂波导的电光ROADM的研究》文中认为随着光网络的全光化及智能化进程地不断深入,可重构光分插复用器(ROADM)在光网络节点中的重要作用逐渐凸显出来。ROADM可实现对DWDM光信号波长级别的任意上下路,它支持波长级业务的开展,可通过网管系统进行远程配置,便于网络规划及维护。ROADM的使用给网络的运营带来了更多的业务开展便利和运营成本的降低。目前ROADM的主流技术为光开关阵列和波长复用/解复用器组合的方案,存在响应速度慢、可扩展性和可重构性差的缺陷。而基于可调谐滤波器的实现方案由于其串扰较大、难以同时下路多个波长,仍然停留在实验室研究阶段。针对以上问题,论文提出了基于钛扩散铌酸锂波导的、以电光效应为调谐手段的ROADM。论文的主要工作及创新点体现在以下几个方面。提出了基于钛扩散铌酸锂波导电光调谐的ROADM结构,以叉指电极产生折射率周期调制光栅,诱发钛扩散铌酸锂波导内偏振模式转换,以相移电极实现调谐,结合集成的偏振分束波导,实现分插复用功能。较同类技术相比,具有响应速度快、调谐范围宽、上下路线宽窄、串扰低、可同时下载多个波长的优势。论文将声光可调谐滤波器的切趾方式移植到电光ROADM中,提出了多种对电光ROADM上/下路输出光谱的切趾方法,可以获得很好的旁瓣抑制(30 dB以下)。提出了多种调节ROADM上/下路输出光谱半极大值全带宽(FWHM)的方法,可以对FWHM进行微调或成倍的扩宽,在不改变电极结构的情况下实现100 GHz与200 GHz信道间隔的DWDM系统间自由切换。提出以正/余弦函数加权分立叉指电极电压实现波长调谐的方法,该调谐方式避免了较高电压的相移电极的使用,简化了电极结构和电路设计,具有调谐范围宽、调谐电压小的优势。提出了调谐范围内任意双波长同时下载的叉指电极电压配置方案。在此基础上,论文提出了四波长、八波长等多波长下载方案,以上方案都可同时实现切趾。提出了多种叉指电极和相移电极的组合结构,各结构具有不同的功能应用。提出了一种只含两个叉指电极的结构,可实现不等带宽梳状滤波器功能。提出了一种分立电极电压的配置方式,可实现对下路波长的顶端平坦滤波功能,改善了可调谐滤波器型ROADM对波长过于敏感,顶端不平坦的状况。
王耀利[4]2016年在《基于AOTF的光谱偏振成像系统及其成像质量研究》文中指出光谱偏振成像(SpectroPolarimetric Imaging,SPI)技术是一种集空间、光谱和偏振叁维一体的现代光电测量技术,在太空探测、地物遥感、化学分析、国防军事等光电探测领域具有潜在的应用价值和发展前景。液晶相位可变延迟器(Liquid Crystal Variable Retarde,LCVR)和声光可调谐滤光器(Acousto-Optic Tunable Filter,AOTF)作为SPI中相位调制和光谱选择的核心部件,其工作特性直接影响整个系统的测量精确性和稳定性。其中,AOTF色散引起的系统成像质量下降、不同波长图像清晰度差异,是造成系统实用性下降的重要因素。因此,如何提高系统成像质量、如何实现在不同波长下图像始终清晰,进而使所成图像为目标物体在该波长下的真实灰度图像,是以AOTF为分光器件的光谱偏振成像系统需要解决的重要科学问题。论文基于以LCVR和AOTF为核心的新型高光谱全偏振成像系统的工作原理及成像特点,对系统的成像质量进行研究,开发出了高成像质量的光谱偏振成像驱动及控制系统。首先,研究了AOTF色散对SPI成像质量的影响机理。根据AOTF中TeO2晶体的色散特性,从成像角度分析了二次成像机理下不同波长衍射光成像清晰与镜头焦距的关系,提出了系统中加入自动调焦的方案;针对系统衍射方向上出现光谱展宽的问题,从不同波长衍射光的衍射偏转角和衍射效率两方面分析了光谱展宽的成因。通过实验验证了AOTF色散对SPI成像质量的影响机理。为改善SPI成像质量提供了理论基础和实验依据。其次,研究了一种基于LCVR和AOTF的高光谱全偏振成像新技术。基于斯托克斯(Stokes)参量偏振态测量理论,建立了LCVR和AOTF的偏振模型及二者的穆勒(Mueller)矩阵。使用AOTF、LCVR以及两个CCD相机,搭建了对±1级衍射光成像的高光谱全偏振成像系统,阐述了该系统的工作原理,推导了该系统的全Stokes矢量测量模型,分析了LCVR快轴与X轴夹角,以及相位延迟量的微小变化对系统误差的影响。再次,为减小AOTF色散对系统成像质量的影响,提出了针对LCVR和AOTF的SPI成像特点的自动调焦图像质量评价函数。在研究了多种图像清晰度评价函数的基础上,根据系统成像特点,提出了只考虑非衍射方向上的亮度相关度、对比度相关度的改进型基于行的结构相似度(Effective Line-based Structure Similarity Index Measurement,ELSSIM)评价函数。运用ELSSIM和灰度差分两种评价函数对不同波长、不同焦距下系统所成图像进行验证,得出了ELSSIM算法具有速度快、实时性强的优势。结合自动调焦搜索算法完成控制系统硬件及程序设计。最后,将自动调焦方法与SPI相结合,搭建了具有自动调焦功能的光谱偏振成像系统实验平台,对目标物体进行光谱偏振成像。结果表明,该系统在不同波长下成像质量达到最佳,验证了本文提出的自适应自动调焦技术在系统中的实用性;通过分析目标的光谱特性和偏振特性,实现了目标的准确识别。
参考文献：
[1]. 声光可调谐滤波器特性矩阵与旁瓣抑制的研究[D]. 范国芳. 天津大学. 2004
[2]. 基于铌酸锂波导的电光调谐ROADM设计[D]. 李可佳. 天津大学. 2008
[3]. 基于钛扩散铌酸锂波导的电光ROADM的研究[D]. 李可佳. 天津大学. 2011
[4]. 基于AOTF的光谱偏振成像系统及其成像质量研究[D]. 王耀利. 中北大学. 2016