光谱域低相干干涉图实验获取与数据处理

摘要

作为光纤传感、光纤通讯中的重要器件，保偏光纤保偏性能和色散参数的精确测量，以及其内部偏振耦合点的精确定位显得尤为必要。低相干干涉测量技术具有灵敏度高、分辨率高、动态范围大、可给出绝对测量结果的优点，而且测量系统布置简单，结构多变，易于实现。基于低相干光源的干涉测量技术可以利用保偏光纤内部的两个偏振模之间的干涉，实现对保偏光纤耦合点以及关键性参数的测量。
　　本文在课题组已有的低相干光偏振干涉系统的基础上，对低相干干涉图的数据处理算法进行了深入的研究与探讨。理论分析了时域与频域低相干光干涉数据图的形成机理，并在充分考虑色散和光谱仪分辨率的基础上，精确的计算了低相干光干涉图的数学表达式。在时域扫描干涉图数据中，分析了两个近距离色散包络交叠导致的拍频现象，理论计算了拍频，并和实验结果吻合一致，利用该现象，实现了两个近距离耦合点间隔的精确测量，测量误差小于5％，这提供了一种不进行色散补偿而优化干涉包络分辨率的新方法。在频域干涉数据图中，除了采用传统的傅里叶变换方法外，还采用了一种基于经验模态分解的自适应算法，实现了干涉项和非干涉项自动分离，避免了光谱傅里叶变换技术中滤波器的手动选择。将时频分析思想引入到低相干频域干涉数据的处理中，分析了短时傅里叶变换和盖博小波变换两种时频方法，实现了群延时的直接提取，消除了数值微分引入的数值误差。此外，利用三次相位函数实现群延时色散的直接提取，避免了相位提取与二阶微分过程，实现了保偏光纤二阶色散的高精度测量。群延时色散的测量分辨率高达1fs2，测量精度高达0.0001ps2，测量精度比相位微分结果提高了整整一个数量级。基于三次相位函数的保偏光纤的双折射色散测量精度也高达0.5fs/(km?nm)。

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第一章 绪论

1.1低相干干涉测量术

1.2保偏光纤

1.3国内外发展动态与课题研究意义

1.4课题研究内容与各章安排

第二章 低相干光保偏光纤偏振模干涉

2.1低相干时域干涉保偏光纤测试

2.2干涉信号拍现象与分辨率增强

2.3本章小节

第三章 低相干频域干涉谱的实验获取

3.1低相干频域干涉保偏光纤测试

3.2保偏光纤偏振模干涉谱实验获取

3.3本章小节

第四章 低相干频域干涉谱的数据处理

4.1干涉项提取

4.2基于时频分析的群延时直接提取

4.3本章小节

第五章 基于三次相位函数的干涉谱数据处理

5.1三次相位函数与群延时色散

5.2算法的离散实现

5.3高阶相位函数

5.4本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文和参加科研情况

致谢