基于空间分辨法分析时间低相干光自聚焦效应

时间低相干光由于其瞬时宽带的物理特性,在激光惯性约束聚变中得到了广泛的关注.然而其复杂的时间尖峰结构或将诱导非线性自聚焦效应的放大.同时,传统的非线性自聚焦特征数值的测试方法中,多数材料的表面损伤先于体内自聚焦成丝损伤发生,这为对比不同激光的非线性效应带来巨大影响.本文利用短焦距透镜对熔石英进行紧聚焦,通过调节入射激光能量,在避免前表面损伤的前提下,诱导熔石英产生自聚焦成丝损伤.随后通过理论计算对光束在样品体内传输过程的光斑变化进行空间分辨处理,并得到对应细分位置的非线性数值.最终将各个位置对应的非线性相位变化值进行积分,得到前表面无损条件下材料的非线性自聚焦特征数值.测试结果表明时间低相干光的非线性自聚焦效应比传统单模脉冲激光更强.本文不仅设计了一套更加精确的对比不同激光非线性效应的测试方法,同时也探明了时间相干性对于非线性自聚焦效应的影响机制,为高功率时间低相干激光器的设计提供理论依据和参考.

基于低相干干涉的孔类零件内表面测量系统研究

对孔类零件的内表面进行测量是判断其加工质量和使用寿命的重要手段。针对精密孔类零件内表面测量的需求,提出一种基于低相干干涉的内表面测量及信号处理方法,并搭建了完整的检测系统。对低相干干涉的测量原理进行了分析;搭建了以迈克尔逊干涉仪为主体,主要包含光源、探测器、数据采集仪、参考臂、样品臂等部分的检测系统;研究了干涉信号滤波以及包络峰值提取算法;最后,通过实验验证了此系统可以表征孔类零件的内部特征,并且其测量精度可达10μm以内。

基于FDTD的高深宽比沟槽结构低相干显微干涉信号仿真分析

低相干垂直扫描干涉技术是微结构形貌特征参数无损检测的有效手段。但当微结构的沟槽深宽比高于5∶1时,遮挡效应以及阶跃边缘复杂的衍射效应会导致本应仅包含一个包络的垂直扫描测量干涉信号异常,形成两个甚至多个包络,继而影响形貌检测结果。本文解析低相干垂直扫描干涉的测量过程,采用时域有限差分法对低相干显微干涉测量系统的显微成像、相干扫描测量过程进行数值仿真,计算待测微结构表面返回场及显微成像后的像面干涉场,得到低相干显微干涉信号。分别仿真了深宽比为5∶1、80∶3的硅基沟槽微结构的干涉信号,并与实验室自研的Linnik型低相干垂直扫描干涉系统对沟槽微结构的检测信号进行对比,匹配其高深宽比沟槽结构干涉信号的双包络及幅频双峰性的特征,验证所提方法的准确性。该仿真方法可应用于实测前对被测结构低相干显微干涉信号的先验性仿真计算,通过提前分析信号特征,为形貌复原算法的选取及改进指引优化方向。

幅度调制器对宽带低相干光时频特性的影响

通过改变马赫-曾德干涉型幅度调制器的射频系数和偏置电压,调制光脉冲的强度。研究了幅度调制器对宽带低相干光时频特性影响的规律,分析调制后的光脉冲时域波形分布、光谱和复相干度模值曲线,结果表明,射频系数对光脉冲的光谱成分和时间相干性无明显的调制,射频系数存在最佳工作区间使得输出光脉冲的波形保真度最佳。当偏置电压处于半波电压时,光脉冲的时域波形保真度最好,时间相干性最低,但光谱成分会缺失。理论仿真了调制器的臂长差、偏置电压对宽带低相干光频域特性的影响,与由实测光谱计算出调制器的臂长差,实验结果进行了对比,结果基本符合。由于实际的电光重叠积分因子随加载电压值变化,因而模拟与实测结果存在误差,但研究得出的规律将为低相干脉冲精密整形系统提供更为明确的方向。

基于低相干光干涉原理的眼轴测量研究

眼轴长度测量的精确度对近视防控及白内障患者术后视力恢复治疗等具有重要意义。本文介绍一种非接触光学测量技术,利用低相干光干涉原理研究相比传统测量及其他光学测量的新的系统,通过两路回光产生的干涉,达到无接触、精度更高的测量,达到20μm的误差,并进行模拟眼重复性测试,与现有IOL Master进行多组数据对比,验证其良好的准确性与精确度。

基于光程差扫描的低相干离轴数字全息术

针对在低相干离轴数字全息术中,光源相干长度限制物光波可探测面积的问题,提出了一种基于光程差扫描的低相干离轴数字全息记录方法.首先,通过改变参考光和物光波之间的光程差,使得干涉条纹扫描记录平面的不同区域,而后对各个区域的数字全息图采用数值再现的方法获取不同区域处的物光波相位分布,最后采用相位拼接技术拼接各个区域的相位分布实现物光波的全视场探测.

kJ级宽带低相干激光驱动装置

激光等离子体相互作用的不稳定性将有望通过降低高功率激光装置输出光束的相干性得到大幅缓解。利用低相干光源作为种子源,采用钕玻璃放大介质,研制成功国际首台kJ级大带宽低相干激光装置,实现了带宽13 nm、能量960 J、脉宽3~10 ns可调,相干时间仅为300 fs的大能量光脉冲输出。输出脉冲光谱匀滑无纵模结构,且谱相位随机分布,可实现脉冲波形和光谱分布的无关联精密调控。该装置不仅成功演示验证了低相干激光驱动器的单元技术及系统集成技术,同时也为激光等离子体相互作用及高能量密度物理研究提供了全新的实验研究平台。

光热低相干干涉法测量大气气溶胶吸收

研究了气溶胶粒子的光热敏效应和热感应光致折射率变化,提出了通过增加光热作用区个数来提高探测灵敏度及用低相干干涉法降低成本的方法。建立了光热低相干干涉法测量大气气溶胶吸收系数的数学模型,分析了干涉仪正交状态测量和干涉条纹细分探测两种方式下的探测灵敏度,讨论了低相干偏振干涉情况下的探测限。结果显示,在典型条纹细分情况下理论探测灵敏度可达1×10-6 m-1;增加光热作用区m个,探测灵敏度理论值可提高m倍。理论和方法研究证明光热低相干干涉法具有可直接测量大气气溶胶吸收系数、在线原位、低成本,易于进行温度修正等优点。

一种新的生物医学用快速实时低相干显微成象原理

本文讨论了一种将共焦显微术与迈克耳逊干涉术相结合，并利用宽带低相干光源相干长度短的特点而形成的一种可对高密度非透明样品进行显微成象的方法，并将这种显微成象方法与共焦显微成象方法进行了比较，最后讨论了一种快速实时成象的原理，基于这种原理设计的仪器将为生物和医学工作者提供一种新的非侵入测量和诊断手段．

双波长光学低相干干涉术用于血氧饱和度测量的数值分析

提出了采用双波长光学低相干干涉仪(Optical low coherence interferometer,OCI)来测量人体视网膜血管中血氧饱和度(Oxygen Saturation,SO2)的方法.详细阐述了双波长光学低相干干涉术用于血氧饱和度测量的基本原理,并分析了OCI中双波长的选择原则.基于内径为200μm的毛细玻璃管的简易人眼视网膜血管模型,分别模拟了光源中心波长为680 nm和820 nm时血液血氧饱和度由40%提高到60%时对应干涉信号的变化.数值分析表明,要判别20%的血氧饱和度变化,OCI系统灵敏度至少要达到70 dB.

CFBG色散特性低相干干涉测量的误差分析

CFBG(Chirped Fiber Bragg Grating)是一种光纤无源器件,在光通信系统的色散补偿以及传感技术等方面具有广阔的应用前景,其色散特性对其推广应用具有至关重要的作用。本文介绍一种CFBG色散特性测量的光纤低相干干涉系统,并说明其测量原理。进行了相关的实测实验并对所采集的干涉图进行数据处理。实验表明该系统测量精度高,达到皮秒(群时延)量级,并且测量速度快。并对系统进行了误差分析。

基于逆向蒙特卡洛法的溶液葡萄糖浓度低相干测量

提出了基于蒙特卡洛逆运算的葡萄糖含量低相干干涉测量方法,理论研究了葡萄糖含量与光学参数的相关性。通过正向蒙特卡洛数值模拟说明了从干涉曲线中同时求解散射系数和吸收系数的条件和可行性。以脂肪乳悬混溶液Intralipid作为实验对象,研究了糖浓度变化对深度相关干涉信号的影响。利用低相干干涉测量系统配合逆向蒙特卡洛计算提取了散射和吸收系数,进而通过散射和吸收系数的变化量间接获得了溶液葡萄糖含量。对实验结果与双积分球测量结果进行了比较验证,并对存在的系统误差进行了修正。实验结果显示,在加入修正值后,测量的散射和吸收系数的最大相对误差分别为2.52%和3.11%。研究结果表明,葡萄糖含量与散射系数和干涉曲线存在高度相关性,在非前向散射条件下,可以同时测量吸收和散射系数。经过校准后的测量结果满足了实际要求。

脂肪乳液中物质浓度的光学低相干干涉测量

为了实现对散射介质的非接触测量，有效地提高灵敏度，提出了光学低相千干涉测量方法．采用光纤型迈克尔逊干涉结构，增加了扫描延迟线和光学外差探测电路，实现了具有光程分辨能力的干涉测量．以脂肪乳剂Intralipid为样本，通过稀释和加入染色剂的方法改变其散射和吸收特性．通过对溶液内反射信号的干涉测量和曲线拟合，研究了光程相关的干涉光信号与物质浓度的依赖关系．实验对象为散射和吸收特性相对稳定的脂肪乳剂和印度墨水混合物，其中Intralipid乳剂浓度在4％～16％之间，印度墨水浓度在0—1％之间．拟合方法引用了广义惠更斯菲涅耳（EHF）模型的解析表达式，拟合相关系数在0．98以上．实验结果与积分球测量结果进行了比较，初步验证了理论方法的可行性。

基于低相干光的光子晶体光纤熔点背向反射测量

光子晶体光纤(PCF)与传统单模光纤熔接时斜切熔接可以大大减小熔点处反射,但是仍然存在微弱的残余背向反射,为了精确测量该残余背向反射大小,本文基于低相干光干涉测量原理提出了一种Mach-Zehnder与Michelson混合型干涉仪。基于该干涉仪,对包层直径125μm实芯光子晶体光纤与传统单模光纤斜8°熔点,以及包层直径100μm实芯光子晶体光纤与传统单模光纤斜8°熔点处的背向反射进行了测量,得到背向反射率分别为-52.12 d B和-49.35 d B,并获得了熔点的位置信息。该干涉仪为光子晶体光纤斜切熔点残余背向反射的精确定位和测量提供了工具和手段,为熔点质量的改善奠定了基础。

基于低相干光干涉的液体折射率测量

液体折射率是液体一个重要指标,介质中折射率的变化会影响光程,提出一种用低相干光干涉测量光程变化,进而测得折射率的方法。通过调节两束低相干光使它们之间的光程差在相干长度之内,将被测液体放入一束光路中,根据光电探测器得到的干涉信号可求得相应的光程变化量,进而得到待测液体的折射率。利用低相干光干涉测量折射率的方法,其测量和计算过程方便快捷,受外界限制因素小,在810nm波长下,对折射率的测量精度可以达到10-4量级以上,是测量各种液体折射率的有效方法。

基于EEMD和低相干K-SVD的齿轮故障诊断方法研究

针对传统K-SVD算法在训练字典过程中,容易受到噪声干扰以及字典原子间相干性较大不足以表示信号内部结构的问题,文章提出了基于集合经验模态分解(EEMD)和低相干K-SVD相结合进行齿轮故障特征提取的方法。该方法利用EEMD对原始信号进行分解,通过峭度准则选取最优模态分量作为训练样本,以降低噪声的干扰;采用低相干K-SVD算法对训练样本进行学习,构造出低相干字典;最后,采用正交匹配追踪(OMP)算法求解稀疏系数,重构得到稀疏信号;通过仿真及实验数据进行验证,结果表明,EEMD和低相干K-SVD相结合的方法可以准确构建出匹配信号特征成分的字典,提高了信号重构性能。

光纤布喇格光栅色散测量的低相干干涉方法

用低相干干涉方法测量光纤布喇格光栅色散。通过对采集的干涉图数据进行离散傅里叶变换处理,提取相位,最终得到作为波长函数的群时延。获得实验结果只需几分钟时间,重复性优于5 ps。结果表明采用低相干干涉方法测量光纤布喇格光栅色散是可行的。

用于拼接子镜相位误差检测的低相干光谱干涉系统分析

针对大口径望远镜拼接式主镜,提出一种基于迈克尔逊干涉原理的低相干光谱干涉检测系统。应用该系统对拼接子镜间相位失调误差进行实时检测,进而对失调子镜进行相应校正,以实现拼接子镜的共面排布。子镜间相位误差通过干涉图形间的不匹配性进行提取。给出了该低相干光谱干涉检测系统的具体结构,叙述了该干涉检测系统的检测原理。针对该系统的干涉条纹对比度V及系统的最低信噪比SNRdBmin进行了分析,论证了通过该低相干光谱干涉检测系统进行子镜间相位误差检测的可行性。

光外差调制法提高全光纤低相干传感器的灵敏度

本文提出的光外差调制法用于提高空间解调低相干光纤传感器峰顶位置的分辨率，由此提高系统的测量灵敏度．未采用光外差调制法前的杨氏空间解调低相干光纤位移传感器的测量灵敏度为0．12μm；而采用后可达0．033μm．

基于相干系数的低相干区域识别

由于成像机理的影响，SAR影像不可避免地存在低相干区域，如道路、湖泊以及山的背坡等。低相干区域回波信号较弱或者没有回波信号、数据相干性差、无法用于后续测绘产品生成，必须将其识别出来。本文在传统滤波与闽值分割识别方法的基础上，引入均值、方差作为判据，并辅以误判区域的剔除策略，有效完成了InSAR数据中低相干区域的识别；同时，通过对机载InSAR数据处理实验，验证了该算法的有效性。