基于低相干技术的光波导相位谱测试方法的研究

摘要

光波导是引导光波在其中传播的介质装置，又称介质光波导。光波导的全息谱在光波导器件的设计与分析及波导结构重构等领域都具有重要作用。全息谱由幅值谱和相位谱构成，其中，光波导器件的相位谱表示不同波长光通过光波导器件后相位的变化量。精确获取高分辨率、高精度的相位谱对于光纤光栅的时延及色散测量及分布式传感等领域同样具有重要意义。目前国内外对这一课题的研究还十分有限，主要获取光波导相位谱的方法是射频调制法，但该方法存在设备昂贵、误差较大的缺点。为此，本文提出了一种基于低相干干涉技术的光波导器件相位谱的测量方法，研究了该相位获取方法的原理，分析了所获相位谱的特性。　　在介绍了低相干干涉技术的发展历程及技术优点后，阐述了国内外相位测量的研究现状；介绍了经典干涉理论及傅里叶变换光谱学，分析了傅里叶变换光谱学的两个核心方程，即复原光谱与干涉光强互为傅里叶变换关系；提出了一种基于低相干技术的光波导相位谱的获取方法，即光波导置于测量臂，经光波导反射后的信号光与参考光干涉，干涉光由光电探测器接收后输入至计算机形成干涉数据，对干涉数据进行傅里叶逆变换，变换后的数据含有实部和虚部，对虚部与实部的比值取反正切函数即可得到波导器件的相位;详细分析了该方法的原理;仿真实验获取了基于反射光纤端面的相位谱图，分析了出现相位误差的原因。　　分析了所获光波导相位谱的特性，从相位谱分辨率与精度两方面展开了分析说明。分析结果表明：相位谱的分辨率与采样点数及最大光程差有关，采样点数越高或最大光程差越大，相位谱分辨率越高；相位谱的相位误差主要来源于采样干涉数据时的延时抖动和干涉数据的量化误差。　　基于低相干干涉技术的光波导相位谱测量技术，可获取高精度、高分辨率的波导器件相位谱。系统结构简单，无需昂贵的实验设备，测量速度快，解决了现有方法普遍存在的相位误差较大的问题，具有重要的学术价值和较高的实用价值。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 光纤低相干技术发展历程及技术优点

1.4 研究内容

2 可用于光波导分析的傅里叶变换光谱分析理论

2.1 引言

2.2 经典干涉理论

2.3 傅里叶变换光谱学

2.4 本章小结

3 基于低相干技术的相位获取原理

3.1 引言

3.2 低相干干涉系统的基本结构

3.3 光波导的相位获取方法及原理推导

3.4 基于MATLAB的相位仿真

3.5 本章小结

4 光波导相位谱的分辨率及精度的特性分析

4.1 引言

4.2 相位谱分辨率的特性分析

4.3 相位谱测量的误差源分析

4.4 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 本文创新点

5.3 展望

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果