光波导器件全息谱的获取及其特性分析

摘要

光波导广泛应用于光电集成、光源、传感、通信等领域。光波导的全息响应谱包括幅值谱和相位谱，表征了光波导的光学和结构特性，在光波导器件的分析、设计和应用有很重要的作用。目前，光谱分析仪（OSA）主要获取幅值谱，光波导的研究和应用主要基于幅值谱而进行。相位对结构变化和噪声干扰极其敏感，相位谱的获取相对比较困难，束缚了全息谱的研究和应用。国内外也研究了相位谱的获取方法，包括射频调制法、干涉测量法、脉冲扫描法、希尔伯特变换法等，但存在测量单一、成本高、操作复杂、精度低等问题，发展很不成熟。为此，本课题组提出了一种同时可获取光波导器件幅值谱和相位谱的方法，即基于傅里叶变换的低相干全息谱获取方法。　　本论文主要工作是基于该方法建立光波导器件全息响应谱的实验系统并分析其特性。首先，分析了低相干干涉法获取光波导全息谱的原理，介绍了干涉信号的处理方法，包括离散傅里叶变换和相位解卷绕方法。然后，在分析系统特性和需求的基础上，建立了由硬件和软件构成的实验系统，包括基于迈克尔逊干涉仪的精密低相干系统、等时间数据采集系统、基于LabVIEW的运动控制和数据采集与处理软件系统。最后，为验证所提出方法的可行性，用低相干原理和多光束干涉原理分别仿真了光纤端面和法-珀腔的全息谱，用所建立的低相干全息谱获取系统实测了光纤端面和法-珀腔的全息谱，并进行了分析对比。对比结果表明，理论仿真结果与实测结果基本一致，证明了该方法的可行性。进一步地，本论文采用双迈克尔逊干涉和傅里叶变换方法获取光波导器件全息谱，消除了光源不均匀引起的测量误差，从理论和实验上，分析验证了基于傅里叶变换的低相干全息谱获取系统的可行性，为光波导全息谱的进一步分析和应用建立了实验基础。

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

1.2.1幅值谱获取方法

1.2.2相位谱获取方法

1.3研究内容

2低相干干涉法光波导全息谱获取理论

2.1引言

2.2傅里叶变换光谱学基本原理

2.2.1傅里叶变换光谱学基本方程

2.2.2低相干干涉仪

2.3低相干干涉法光波导全息谱获取原理

2.4干涉信号处理方法

2.5本章小结

3低相干干涉法光波导全息谱测量系统

3.1引言

3.2低相干干涉法光波导全息谱获取系统框图

3.3硬件系统特性分析与设计

3.3.1光源

3.3.2空间光程扫描

3.3.3光电探测器

3.3.4数据采集卡

3.3.5硬件系统实物

3.4软件系统特性分析与设计

3.4.1运动控制

3.4.2数据采集及信号处理

3.5本章小结

4仿真与实验

4.1引言

4.2波导布拉格光栅全息响应谱

4.3光纤端面反射全息谱验证

4.3.1光纤端面反射全息谱仿真

4.3.2光纤端面反射全息谱实验

4.4波导F-P腔全息谱验证

4.4.1 F-P腔全息谱仿真

4.4.2 F-P腔全息谱实验

4.4.3误差分析

4.5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