图像相关识别器的光信号计算机实时处理

在光学联合变换相关器作图象识别的基础上,将参考图像和目标图像的联合变换功率谱及相关输出强度分布输入计算机进行实时处理,提取并量化谱面上有用的信息,依据相关输出图像相关峰及其锐度对相关程度进行实时量化评价.     

双芯光纤马赫-曾德尔干涉仪的温度特性

对适用于温度传感的双芯光纤马赫-曾德尔干涉仪进行了研究,并通过将一根单模双芯光纤熔接在两根单模光纤之间,制得了双芯光纤马赫-曾德尔干涉仪型梳状滤波器.用干涉原理分别分析了该器件传输谱的自由空间谱宽与波长、双芯光纤的长度和两纤芯间的有效折射率差的关系,实验检测了它的温度特性.结果显示,随着温度的升高,该器件的传输谱发生红...     

采用联合变换相关的透镜中心偏差测量

基于双相位编码光学联合变换相关技术提出了一种测量透镜中心偏差的方法以确定偏差方向并提高测量精度。在经典联合变换相关原理基础之上,使用两个相位函数分别对参考图像和联合功率谱进行编码,并选用合适的滤波器消除旁瓣干扰,得到单个互相关峰的输出。利用该双相位编码后的联合变换相关技术探测不同目标图像相对于参考图像的位移矢量,并拟合圆。此拟合圆圆心到圆上点的矢量即为经自准直光学系统放大后的偏心矢量,从而同时确定了中心偏差的大小和方向。实验结果表明,通过双相位编码后的相关输出仅保留一个尖锐的相关峰,实现了位移矢量的亚像元探测;使用联合变换相关技术准确地测量了透镜的中心偏差,其测量结果的实验标准差为0.1μm,误差绝对值最大为0.3μm,满足一般透镜中心偏差测量的要求。     

联合变换相关技术的初步研究

对联合变换相关技术进行了理论分析,采用液晶光阀(LCLV)、CCD 相机等器件设计了一套单光路、光寻址、双空间光调制器联合变换相关实验系统、进行了单目标、多目标、噪声图像识别的实验研究,测试了系统对图像畸变的敏感性,实验研究了液晶光阀(LCLV)的非线性输入——输出特性对相关结果的影响,最后初步探讨了联合变换相关器畸变——不变图像识别的方法。     

双马赫-曾德尔型干涉仪定位技术研究

在干涉型分布式光学振动传感系统中,双马赫-曾德尔技术具有较高的定位精度和较低的成本,更受关注。现搭建了双马赫-曾德尔分布式光纤传感系统,并对其进行了定位实验,阐述了检测系统的组成和原理。对基于互相关算法的定位性能进行研究,测试了其单点定位和多点定位功能,指出其定位局限性。另外重点分析了影响该系统定位稳定性的因素,提出一种数据处理算法,以提高其定位稳定性。实验结果表明,经过该算法数据处理之后,系统定位稳定性和可靠性得到极大提高。     

用群体智能理论处理联合变换相关器输入面图像

为提高联合变换相关器的性能,将群体智能理论应用于联合变换相关器输入面图像的预处理。介绍了群体智能的概念,阐述了其潜在的分布式特征及符合自组织生物学过程的特点,在此基础上提出了一种基于群体智能的联合变换相关器输入面图像特征提取方法。介绍了经典联合变换相关器的工作原理并分析了其优缺点,对群体智能的预处理方法与几种常用的输入面图像预处理方法在联合变换相关器中的应用效果进行了比较研究。结果显示,输入面图像经灰度变换后对相关结果的改善并不明显,而sobel梯度处理、形态学方法和群体智能特征提取方法都有效改善了联合变换相关器的相关结果。针对所处理的联合图像,基于群体智能的联合变换相关器的输出面互相关峰值为4240,比sobel梯度处理联合变换相关器的互相关峰值高2906,比形态学联合变换相关器的输出面互相关峰值高1616,表明用群体智能理论处理联合变换相关器输入面图像,效果优于传统方法。     

光电混合联合变换相关器中各元器件结构参数之间的关系

分析了空间光调制器(SLM)和面阵CCD的像元结构对输入图像和功率谱的抽样,以及抽样对光电混合联合变换相关器(JTC)性能的影响;推导出了光电混合JTC中,SLM、面阵CCD、傅里叶变换透镜、输入图像等各结构参数之间应满足的关系。根据推导出的关系公式,结合实验所用透镜、SLM、CCD的各项参数,选择不同的图像间距,对联合变换相关识别过程进行了模拟验证。输入大小都为32×32像素的参考图像和目标图像,当两者间距大于64像素且小于374像素时,可以得到理想的识别效果;间距小于64像素时,同级输出光场的自相关和互相关信号不能完全分离;间距大于374象素时,相邻两级互相关信号交叠错位;当间距大到超过405像素时,无法进行相关识别。模拟结果与理论推导一致。这些关系对JTC的设计及应用有重要意义。     

联合变换相关器中参数之间的协调关系

本文从物理光学的基本理论出发,推导出了联合变换相关器的图像输入面、功率谱面及相关信号探测面上各参量之间的协调关系式,并进行了分析讨论。     

马赫-曾德尔干涉集成化的全光纤磁场与温度传感器

为了简化光纤磁场与温度传感器的结构并提高传感器灵敏度,设计并制作了马赫-曾德尔干涉集成化的全光纤磁场与温度传感器。将单根光纤的马赫-曾德尔模间干涉结构和双臂马赫-曾德尔干涉结构结合:将总长度为1.2m的单模光纤部分制备成长度为2.7cm、锥腰直径为30.1μm的锥形微纳光纤,并得到了拉锥时间与锥腰直径的关系。将锥形微纳光纤放置尼龙槽内并包覆磁凝胶构成传感头,实现模间干涉的马赫-曾德尔磁场传感器;将磁场传感器通过两耦合比为50%∶50%的耦合器并联带有可调谐光衰减器的单模光纤形成马赫-曾德尔干涉的温度传感器。从理论上分析了光谱漂移对磁场和温度传感的特性关系,实验测得室温下磁场强度在25~50mT时,磁场传感的灵敏度为0.301 14nm/mT;在磁场强度为0,温度由25℃升高到30℃时,温度传感的灵敏度为0.518 86nm/℃。该传感器可广泛应用于电力系统放电检测、材料加工、安全监控等领域。     

基于光子波形发生器产生高效超宽带信号的研究

利用一个多功能光子波形发生器生成一组5.5GHz超宽带信号。多功能光子波形发生器由一个单级双驱动马赫曾德尔调制器及一段单模光纤组成,通过调节双驱动马赫曾德尔调制器的输入射频信号及直流偏置,以及单模光纤的色散,可以产生单峰脉冲、双峰脉冲和一个具有高功率谱效率的超宽带信号,产生的超宽带信号完全符合美国联邦通信委员会制定的室内通信辐射限制要求,普通的单峰脉冲和双峰脉冲的光功率谱效率分别可以达到0.1%和0.74%,经过变量特殊设置,可以产生一个高效的超宽带信号,其功率谱效率可以高达24.03%。这种超宽带信号发生器可以用于室内定位、室内通讯等领域。     

A NOVEL BRILLOUIN OPTICAL TIME-DOMAIN REFLECTOMETER DEMODULATING METHOD BASED ON A SLOW-LIGHT MACH-ZEHNDER INTERFEROMETER

□ A novel demodulating method based on a Gaussian index profile fiber Bragg grating slow-light Mach-Zehnder interferometer to demodulate the frequency shift of a Brillouin optical time-domain reflectometer is proposed and demonstrated. The slow-light was generated with a Gaussian index profile fiber Bragg grating, and transmission spectra and group index spectra characteristics of the grating were obtained through theoretical analysis and numerical simulation. With the slow-light Mach-Zehnder interferometer used, the phase sensitivity and relative power sensitivity can reach up to 0.0132 rad/MHz and 0.0144/MHz, respectively. These results were improved to 133 times and 22.4 times, respectively, which were as large as values based on a double-pass Mach-Zehnder interferometer.     

Research on the fiber Bragg grating sensor for the shock stress measurement

A fiber Bragg grating (FBG) sensor with an unbalanced Mach-Zehnder fiber interferometer for the shock stress measurement is proposed and demonstrated. An analysis relationship between the shock stress and the central reflection wavelength shift of the FBG is firstly derived. In this sensor, the optical path difference of the unbalanced Mach-Zehnder fiber interferometer is ~3.1 mm and the length of the FBG is 2 mm. An arctangent function reduction method, which can avoid sine function's insensitive zone where the shock stress measurement has a reduced accuracy, is presented. A shock stress measurement of water driven by one stage gun (up to 1.4 GPa), with good theoretical accuracy (~10%), is launched.     

A Mach-Zehnder interferometer for the detection and noninvasive optical amplification of polarization rotation

We present the theory and design of a Mach-Zehnder interferometer with orthogonally polarized arms that passively, noninvasively, optically amplifies polarization rotation in one arm of the interferometer. Theoretical analysis of the electric fields in the two arms is used to compare the significance of device optimizations. Design of the beam alignment, beam recombination, noise isolation, and active stabilization to enable reliable measurements are thoroughly discussed. Finally, we review a comparison between the interferometer with an optical gain factor of approximately 4.5 and the optical bridge (OB) technique for polarization rotation detection that shows the interferometer offers better performance than the OB.     

Calibration of liquid crystal ultrafast pulse shaper with common-path spectral interferometry and application to coherent control with a covariance matrix adaptation evolutionary strategy

An ultrafast pulse shaper for coherent control applications is described, complete with a simple, reliable calibration technique and an advanced learning control algorithm. The calibration technique makes use of a common-path interferometer, producing less noisy measurements than a conventional Mach-Zehnder interferometer. A covariance matrix adaptation evolutionary strategy (ES) is demonstrated to perform better than a traditional ES for high-dimensional search landscapes.     

数字全息技术测量大气微粒场的研究

记录光路采用Mach-Zender干涉法,CCD作为记录介质,以数字的形式记录了微粒场的离轴菲涅耳数字全息图,利用Fresnel-Kirchhoff衍射积分数字再现出了微粒场的复振幅分布。通过对尺寸39μm大小标准粒子场的记录再现,分析确定了准确检测出标准再现粒子数量的灰阶阈值范围和面积阈值范围。以检测出标准粒子的阈值范围为基准,在相同测量条件下,对采样大气微粒场进行再现检测,准确检测出了不同再现截面上尺寸大小接近39μm及大于39μm的聚焦粒子的数量,并采用多截面再现平均测量法估算测量了采样大气微粒场中微粒的数量及浓度。     

多核微结构光纤传感器

提出了一种新型n通道马赫-泽德干涉传感器(MZI),它依赖于多核微结构光纤(MCMOF)连接标准单模光纤的两个部分。对MC-MOF的模态特性进行实验分析,验证其敏感度与温度和拉伸应变之间的关系。结果表明这种干涉仪对温度不敏感,对拉伸量较敏感,可以克服拉伸应变与温度之间的交叉敏感问题。     

A system for a multiframing interferometry and its application to a plasma focus experiment

A four-framing Mach-Zehnder interferometer system which has variable intervals from frame to frame is developed. TEA N(2) lasers that are operated with atmospheric-pressure N(2) gas are employed as light sources. Applicability of the system is demonstrated for a rapidly changing plasma in the plasma focus discharge.     

基于光弹效应的三分量光弹波导加速度传感器

摘 要：为了实现强电磁场环境下的三维地震高精度勘探,设计了三分量光弹波导加速度传感器。对该传感器的集成光路、三分量谐振子进行了研究。首先,利用光弹原理设计出可检测加速度的三个轴向分量的集成光路。为了达到尽可能降低加速度各分量串扰的目的设计了组合式三分量谐振子。然后,依据LiNbO3光波导相位变化规律对影响该串扰的交叉轴灵敏度和横向灵敏度比进行了分析。最后,设计出该传感器的总体结构。试验结果表明：该传感器的自然频率为3500 Hz, 横向灵敏度比为0.11%。所设计的传感器具有较宽的频带、良好的线性频响特性,能够满足高精度地震勘探的要求。     

基于双通道M-Z干涉仪的FBG光开关研究

为降低电光开光的插入损耗并提高性能,提出了一种基于双通道可调谐马赫-曾德(M-Z)干涉仪制作的光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,简称FBG)光开关,通过改变干涉仪中的可调电动光纤延迟线的延迟时间,实现滤波谱周期的可调谐。通过改变干涉仪其中一臂的延迟时间设定,该光开关能够实现对设定波长光波的开关功能。对光纤M-Z干涉滤波原理进行了理论分析,使用C波段宽带放大自发辐射光源对双通道可调M-Z干涉仪的性能进行了测试。结果表明,其可实现大范围及高精度的滤波调节功能。对基于双通道可调谐马赫-曾德干涉仪制作的FBG光开关,通过FBG开关性能检测系统实验,得到该光开关在波长为1 550nm处的输出光谱,光开关的消光比达到25dB。结果表明,该光开关能够实现大范围高精度滤波功能,具有高消光比、结构简单和易于调节等优点。