混浊介质差分调制激光检测技术的研究

摘要

对生物组织等光学混浊介质的实时、无创检测常常采用光学方法。近红外光谱分析方法被认为是一种比较有应用前景的无创检测技术。目前，应用近红外光谱分析方法进行混浊介质检测的主要问题是：它是一种直接检测技术，检测器接收的是全部出射光子，无效的出射光子不但没有带来有用的待测成分信息，还成为数据分析中的干扰成分。有大量的研究表明，出射光子的有效性与光子所经历的光程有关。对检测器接收到的光子按照所经历的光程长进行分辨，利用特定光程长光子携带的相关信息进行分析，可以提高混浊介质检测中的检测精度。本课题旨在通过差分调制激光检测技术实现对混浊介质特定光程长的光学检测，以提高近红外光谱分析的灵敏度和精度。 本文首先比较了直接检测方法与差分检测方法，在此基础上提出了基于差分调制激光技术的光程分辨检测方法，利用线性调制的激光为光源、通过参考光与散射光的干涉将混浊介质中光子的光程长信息转换为检测信号的频率信息，通过对信号频率的选择性分析实现光程分辨检测。其次，对光程分辨检测方法的关键点半导体激光器的调制特性进行了理论分析和测试；第三，本文构建了差分调制激光检测实验系统，并对实验系统进行了特性测试和评价，基于检测信号的特点研究了数据处理的方法，分析了激光调谐非线性、激光线宽、光纤传输特性等对系统的影响。第四，本文开展了水、空气、混浊介质的光程长分辨检测实验研究。验证了利用差分调制激光技术实现光程分辨方法的可行性。 这种光程长分辨检测办法的理论计算结果与利用实验系统测量出的数据结果尚有不吻合之处，仍需进行系统状态分析和改进。本文最后一部分提出了系统改进方案与应用设想。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题来源及研究意义

1.2研究现状及分析

1.3研究内容

第二章差分调制激光技术原理

2.1直接探测

2.1.1直接探测的物理过程

2.1.2直接探测的信噪比

2.1.3直接探测系统的探测极限

2.2差分探测

2.2.1差分探测原理

2.2.2差分探测的特点

2.3光程分辨检测方法

2.3.1光路原理

2.3.2激光器的调制方式

2.4本章小结

第三章实验系统

3.1系统分析

3.2系统概述

3.3激光器的选用

3.3.1半导体激光器分类与选型依据

3.3.2激光器调制特性(电流与温度)

3.4光纤耦合器

3.5接收器

3.6本章小结

第四章实验与数据处理分析

4.1激光器调谐特性实验

4.1.1激光器注入电流-波长调谐特性实验

4.1.2激光器温度-波长调谐特性实验

4.2全光纤光路特性的实验研究

4.2.1实验数据特点及相应数据处理方法

4.2.2实验结果

4.2.3实验分析

4.3混浊介质的光程分辨实验研究

4.3.1多种介质实验系统结构

4.3.2混浊介质实验数据特点

4.3.3实验结果分析

4.4本章小结

第五章总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致 谢