扭转保偏光纤的三维折射率测量

基于数字全息显微层析技术,采用横向干涉系统,旋转被测的扭转保偏光纤,获得光纤180°视角下各个角度的全息图并由CCD记录,通过图像处理与再现算法提取物光波的相位分布信息.利用滤波反投影还原出光纤各个断面的二维折射率分布,并由此构建扭转保偏光纤的三维折射率分布,揭示扭转保偏光纤内部的三维信息.测量结果显示,扭转保偏光纤的应力柱随着光纤同时扭转,但包层、应力柱和纤芯的折射率并不改变.采用边缘检测提取了光纤不同断面应力柱的位置,并计算了扭转保偏光纤的扭转角度.     

基于双波长数字全息术的微光学元件折射率分布及面形测量

提出了一种测量微光学元件的折射率分布及面形的方法。该方法基于双波长数字全息术,将微光学元件浸入折射率匹配液降低通过微光学元件的透射光波频率,获取微光学元件在两个不同波长照明光波下的数字全息图,并根据两个波长下的相位分布,计算出微光学元件的折射率分布,利用得到的折射率分布获取微光学元件的面形。理论分析及实验结果证明了所提方法的可行性。     

透射式微分干涉显微镜测量光纤折射率分布

提出一种由两组偏光棱镜组成的透射式微分干涉系统,用来测量光纤的折射率分布。系统利用旋转检偏器对测量光束进行调制,从相位分布和光程分布中计算出折射率分布。介绍了测量原理、测量公式、系统组成及典型应用。用该系统对光纤折射率进行实际测量,给出渐变折射率光纤的二维分布,及折射率沿轴向的分布图,同时还在NR 9200光纤测试仪上进行了测试。结果表明,系统原理正确,结构简捷,具有足够分辨率和测量精度,抗干扰能力强,不破坏光纤,还可测量包层和芯层的直径,发现光纤加工过程中的缺陷,特别适合加工、焊接等工艺过程中的检测。     

基于滤波成像的大视角数字全息技术

为提高数字全息再现像视角,提出一种基于滤波成像的数字全息技术来实现大视角的三维物体面型测量.利用离轴像面数字全息技术,通过在4F相干图像处理系统的空间频谱面处放置可移动的低通滤波器,使满足CCD分辨率的物光波与参考光波干涉形成全息图,并控制低通滤波及成像区域分别记录不同谱段的子全息图.再现时,首先对子全息图进行数字傅里叶变换,重构对应频谱段,并对频谱段进行拼接形成完整的物光频谱;而后通过数字再现获得大视角的数字全息再现像.利用该方法测量了圆柱形表面(光滑的缝纫针)的三维形貌,并取得了较好的实验结果.     

单元件干涉数字全息的光线追迹模型

基于棱镜对的单元件干涉可以获得透射物体的相位信息,即数字全息,具有结构紧凑、干涉条纹稳定、测量精度高等优点。采用光线追迹方法,综合考虑了棱镜对的方位角旋转、斜面偏心等参数,建立了光线追迹等效模型,仿真了数字全息干涉条纹,给出了条纹密度变化及倾斜的解析表达式。针对单模和多模光纤等微结构光学元件,获得了干涉数字全息图,并反演出其折射率分布。搭建了显微成像单元件干涉实验装置,获得了实际测量干涉图样,实验与仿真结果一致,证明了本模型的有效性。     

基于滤波成像的大视角数字全息技术

为提高数字全息再现像视角,提出一种基于滤波成像的数字全息技术来实现大视角的三维物体面型测量.利用离轴像面数字全息技术,通过在4F相干图像处理系统的空间频谱面处放置可移动的低通滤波器,使满足CCD分辨率的物光波与参考光波干涉形成全息图,并控制低通滤波及成像区域分别记录不同谱段的子全息图.再现时,首先对子全息图进行数字傅里叶变换,重构对应频谱段,并对频谱段进行拼接形成完整的物光频谱|而后通过数字再现获得大视角的数字全息再现像.利用该方法测量了圆柱形表面（光滑的缝纫针）的三维形貌,并取得了较好的实验结果.     

像面数字全息的重建相位误差分析和改善

像面数字全息是数字全息技术中常用的测量和成像方式,它通常采用离散傅里叶变换和频率滤波的方法进行物光波的重建.本文讨论了这些算法对重建相位的影响.首先分析了频谱泄露对于相位误差的影响,结果表明当采样周期为整数时,重建相位误差很小,因此具有极高的相位重建精度;而当不满足整周期采样时,相位重建误差有了明显的增加.为了改善频谱泄露所引起的相位误差,采用Hanning函数对数字全息图进行了预处理,结果表明Hanning窗的加入能够有效地提高重建相位的准确程度.     

数字全息成像技术测量侧边抛磨光纤包层剩余厚度

测量侧边抛磨光纤（side polished fiber,SPF）的包层剩余厚度对其应用有重要的指导意义,现今的测量方法均有所不足,现提出一种基于数字全息技术的测量方法。利用单模光纤纤芯折射率比包层折射率高的特点,基于数字全息成像技术,通过角谱传播法对二维全息图进行相位重构,并通过精确最小二乘法解相位包裹,得到侧边抛磨光纤的相位分布图。根据重构的相位分布图,进一步运用相关的边缘提取算法处理得到侧边抛磨光纤包层剩余厚度。实验测量结果与电子扫描电镜（SEM）测量结果相比,测量相对误差小于0.5%。这种测量方法是一种直接测量方法,减小了间接测量法中由于光纤不对称以及SPF轮廓边缘衍射所带来的测量误差,为侧边抛磨光纤包层剩余厚度的无损、在线测量提供了一种新的途径。同时,此方法还可应用于测量其他特种光纤,例如光子晶体光纤、微纳光纤等。     

单幅层析全息图的记录及数据重建

进行了数字单幅离轴层析全息图记录和数值处理模拟分析及实验研究.首先定义了单幅层析全息图并分析了基于多向投影的数字单幅离轴层析全息图频谱分布特点, 由此表明它的可处理性.在此基础上,数值模拟分析了基于三向投影的单幅离轴层析全 息图记录与各向投影信息的分离提取, 最后选择了具有周期结构的透明光栅(周期为100 μm)作为实验样本, 实现了三向投影的单幅层析全息图的记录以及数值重建, 三束物光波重建周期值误差在4%-5%范围内.模拟分析及实验结果验证了单幅层 析全息图记录与信息分离的可行性,同时为实现具备实时检测功能的极少量投影数字全息 层析系统提供了重要的技术基础.     

共轭对称延拓傅里叶计算全息

提出一种计算全息算法,将物光波进行共轭对称延拓,经快速傅里叶变换直接生成实函数,其中包含物光波的幅度和相位信息,可编码得到灰度全息图.利用此全息图可清晰地再现原物光波.通过共轭延拓生成计算全息图的方法与以往基于干涉的计算全息不同之处在于,这里并不需要模拟物光和参考光的干涉,计算效率很高.利用生成的全息图在数字再现和光电再现实验中均获得了良好的效果.理论推导和实验结果都验证了算法的有效性. 关键词： 计算全息 共轭对称 数字再现 光电再现     

γ辐射对光纤波导电磁场分布的影响

开展了光纤波导中的电磁场传输理论分析,得到了光纤折射率变化对波导中电磁场分布的影响规律,建立了块状融石英材料及光纤光栅在60Co 辐射作用下折射率变化的测量系统,开展了折射率随辐射剂量变化及光纤模场测量实验。结果表明:光纤的折射率随辐射剂量的增加而增大,折射率的变化会引起波导中传输模式的场强分布变化,从而导致光纤的辐射感生波导损耗;在一定的辐射剂量范围（0～2000 Gy）内,光纤仍满足弱导边界条件,能够维持对传输模式的约束能力。     

保偏微结构光纤啁啾光栅折射率传感特性分析

将有限元法和传输矩阵法相结合,系统地研究了保偏微结构光纤(PM-MOF)啁啾布拉格光栅的折射率传感特性。仿真研究了光纤空气孔中充入不同折射率被测物时啁啾光栅的反射谱,结果表明随着被测物折射率的增加,反射谱的面积出现明显变化,由此得到了光栅反射谱面积与被测物折射率的关系。分析了中心孔直径、啁啾系数、切趾函数等光栅结构参数对反射谱的影响。分析表明由于光纤两个方向的偏振模对温度、噪声等干扰响应相似,因此利用两个偏振模式反射谱的相对变化进行监测能够有效地降低干扰,提高传感器的稳定性;其次,由于反射谱面积正比于光强,这一方法将光栅的光谱解调转化为光强解调,简化了解调系统,便于现场实时测量。研究结果为保偏微结构光纤光栅在折射率传感器及其生物传感器方面的应用提供了理论依据。     

拉锥光纤中光传输模场的矢量分析

采用二维矢量时域有限差分法(FDTD),考虑了拉锥光纤芯层的折射率分布和光纤芯层直径等参数,详细分析了拉锥光纤的锥度、拉锥后纳米光纤半径等对拉锥光纤中光波模场分布和传输特性的影响。计算结果表明,单模光纤芯层的折射率分布函数对光纤中光传输模场分布影响较小;拉锥光纤锥度越大光波的能量损耗越大;当拉锥后纳米光纤半径逐渐变小时,纳米光纤的光传输模场中心光强先逐渐增强然后又逐渐减小。     

有限元法求解任意折射率分布光纤模场分布

 应用有限元方法求解了任意径向非均匀折射率分布园柱对称介质波导中纵向场耦合波动方程定解问题所对应的变分问题,该方法不受弱导或高斯模场分布等限制,可方便地求解光纤中介质波导的模场分布。用此方法研究了带阶跃环的三角型分段折射率分布光纤中归一化模场半径与芯层传输功率比值随光纤不同结构参数的变化规律。     

内置调制层型光纤表面等离子体波共振传感器研究

研究了一种基于内置调制层结构的光纤表面等离子体波共振(SPR)传感器。通过在金膜与纤芯的内侧增覆具有不同厚度和属性的光学透明薄膜作为内调制层,构成了性能独特的光电复合薄膜,起到调节倏逝波矢量和金膜表面等离子体振荡波矢量的双重作用,进而控制共振效应,为调节灵敏度提供依据。采用时域有限差分方法对内置调制层结构光纤SPR共振激励模型属性进行数值仿真。在此基础上,研制了用于液体折射率测量的内置调制层型光纤SPR传感探针。实验结果表明,该传感器在1.335～1.392折射率范围内,随着待测液体折射率的增大,SPR共振光谱向长波方向偏移,且灵敏度达到2263.1nm/RIU,与基于纤芯-金膜-环境介质三层结构的常规光纤SPR传感器相比提高一倍,能够更好地满足环境折射率检测的需求。     

传像光纤束单丝芯径大小对光纤像面全息图的影响

光纤像面全息可以获得较高衍射效率的全息图和再现较大的物像。文中分析了相干光激励下传像光纤束单丝芯径的大小对其输出光场的影响，以及输出光场中低阶模与高阶模对全息照相的不同作用，在此基础上，提出缩小传像束单丝芯径，增多单丝根数，可以提高光纤像面全息图衍射效率和分辨率的观点，并通过实验进行了验证。     

采用超连续谱激光的双光束光纤光阱实验

以超连续谱激光器作为捕获光源,首次提出并搭建了超连续谱双光束光纤光阱实验系统,实现了聚苯乙烯微球的捕获和操控。通过改变光纤端面间隔和调整捕获光功率的方式精确控制微球的位置,采用CCD图像分析方法实现了微球位置的精确测量。对微球受限布朗运动下的位置变化进行傅里叶变换,计算得到功率谱,与理论功率谱函数拟合后求出了其光阱刚度。结果表明,捕获光束的功率为28 mW时,光阱刚度达到1.3×10-6N/m,高于相同实验条件下单波长光纤光阱的刚度。与传统采用单色光作为捕获光源的光镊系统不同,超连续谱双光束光阱系统利用其宽谱优势,通过研究被捕获微粒的散射光谱信息可获取其尺寸、折射率等物理特征参数。     

混沌信号在光纤传输过程中的非线性演化

对光纤混沌传输理论及混沌信号与光纤传输媒介相互作用的物理机制进行了理论研究. 通过耦合激光混沌系统和光纤传输信道，提出光纤混沌信号传输的非线性演化物理模型. 着重分析光纤自相位调制对激光混沌信号传输与演化的作用. 结果表明：自相位调制不影响混沌信号脉冲的形状，但能产生非线性相移使混沌信号频谱展宽；自相位调制不影响混沌信号脉冲的功率分布和场强分布，但能影响混沌信号脉冲的功率频谱分布，影响混沌信号光场以及慢变场的变化. 提出混沌信号在光纤传输中的非线性演化频率啁啾和形式，数值模拟了混沌信号在光纤传输过程中的相位、频谱、场以及场的慢变部分的相空间等演化形式和特点. 关键词： 混沌 光纤 传输 演化     

基于单元件干涉仪的计算机断层扫描重建光纤三维折射率分布

提出了一种基于单元件干涉仪的计算机断层扫描方案,用于测量光纤三维折射率分布。该单元件干涉仪基于显微成像的原理,提高了系统的横向分辨率。利用快速傅里叶变换提取相位,采用滤波反投影算法重建了光纤的折射率分布。搭建了实验测量装置,实际测量了单模和多模光纤的折射率分布。结果表明,提供的方法可以简单快速地得到全光场数据,同时具有无损和非接触的优点,并且光路结构紧凑稳定,可为计算机断层扫描设备的小型化提供一种新的思路。