面向微型光谱仪在线检测的光学系统误差校正方法

微型光纤光谱仪由于具有小型化、集成化、检测速度快等特点,适合用于工业现场多组分物质的在线检测.针对微型光谱仪由于受到仪器杂散光、光度噪声和光源波动等因素的影响,导致测量光谱信号精度差的问题,提出了一种面向微型光谱仪在线检测的光学系统误差校正方法.该方法首先使用光谱仪在线测量光谱强度,并通过参考溶液和待测溶液获取光谱信号...     

线阵CCD紫外光谱仪的波长定标研究

波长定标的精度是衡量光谱仪的重要 指标之一。鉴于其重要性,研究了线阵电荷耦合器件(Charge-Coupled Device, CCD)紫外光谱仪的波长定 标,并完整地给出了一种波长定标方法(包括噪声扣除、谱 峰定位和波长拟合三部分)。针对暗噪声影响光谱信号的问 题,提出了一种利用非曝光像元扣除暗噪声的方法;针对谱峰漂移 的问题,提出了一种基于权重窄窗差分的谱峰定位方法;针对单一光 源特征谱线数量不足的问题,提出了一种多波段波长拟合方法。实 验结果表明,本文方法的波长定标精度在0.6 nm之内,关键波长点 上的定标精度在0.01 nm之内,具有定标精度高、复杂度低等优 点,因此可用于紫外光谱仪的波长定标。     

基于PPMgOLN绿光微片激光器的散斑抑制

提出了一种将激光耦合入多模光纤后,利用改变多模光纤长度并结合振动光纤的方法来抑制散斑的方法。介绍了抑制散斑的相关理论及实验验证方法。实验中采用自主研发的基于PPMgOLN晶体的高效紧凑型微片绿光激光器作为激光光源,经过CCD相机采集屏幕上的散斑图像,通过图像处理,得到了相同型号的多模光纤在不同长度下,光纤在振动与不振动时,图像散斑对比度的变化趋势及在屏幕上的强度分布,从理论上分析了产生该变化趋势及强度分布情况的原因。实验所得的图像散斑对比度在4.7％左右,满足视觉观察的要求。     

频率域数字散斑相关法及其应用

文章提出频率域数字激斑相关法,用该方法在频率域完成物体变形前后散斑图对应子区域的相关搜索,测量物体的变形位移,避免了空间域数字相关识别中的反复搜索,极大地减小了运算量,提高了信息提取速度,并且具有更高的定位精度和测量精度.     

激光主动探测图像散斑自适应滤波抑制方法研究

激光主动照明成像具有作用距离远、系统分辨率高、可在低照度背景等复杂环境下获取目标图像等优点,但探测图像会受散斑噪声干扰.把高斯滤波、均值滤波和自适应滤波方法分别应用到仿真实验中进行散斑噪声抑制,实验表明:与高斯滤波和均值滤波相比,自适应滤波能有效抑制图像噪声,保留图像的边缘和细节信息.利用自适应滤波方法对获取的单帧和多帧累加平均的激光主动探测图像进行散斑抑制实验,使用散斑对比度进行定量分析,结果表明多帧短曝光图像累加平均可有效抑制图像的散斑噪声,自适应滤波可进一步降低图像的散斑噪声.     

门积分的散斑光强自相关函数测量系统

建立了散斑光强自相关函数测量系统。系统采用门积分技术和自动数据采集技术，有效地抑制了光电噪声，提高了测量信号的信噪比；测量系统的运行过程全部由计算机控制，16位A／D转换使系统对光电信号的分辨率达到65536个灰度等级，提高了光强数字处理的动态范围；通过这些技术和方法的采用，使散斑光强自相关函数的测量方便快捷，精度明显提高。     

多个线结构光传感器三维测量系统的校准

提出了一种3个激光线结构光传感器测量系统的校准方法。该方法避免了对测量系统结构参数的繁琐标定,只需对特殊设计的模块进行一次测量就能得到系统的校准参数,从而快速有效地实现CCD像面坐标向世界空间坐标的转换。实验证明,在100mm测量范围内能获得0.05mm的空间定位精度,并能有效地抑止光源散斑噪声对激光三角法测量精度的影响。这一方法已经在多传感三维测量系统得到很好的应用。     

基于光纤振动的激光散斑抑制方法的研究

为了解决激光显微成像系统中散斑的抑制问题,采用散斑暗区比方法研究了光纤振动对显微散斑图像的影响。实验中采用波长为532nm的激光作为显微系统光源,利用光纤振动对激光显微图像散斑进行抑制;同时采用CCD图像传感采集系统对样品表面进行的显微成像,并对光纤在不同振动电压下的显微图像暗区比进行了分析。结果表明,随着振动电压的增大,图像的散斑暗区比会逐渐减小,当电压为2.6V时,图像散斑暗区比达到5.64%,散斑对比度为4.17%,接近人眼分辨率4%,可达到良好的散斑抑制效果。     

动态白光数字散斑计量术

提出了动态白光数字散斑计量术 ,并研制了相应的实验测量系统。在系统启动脉冲的触发下 ,动态白光数字散斑计量系统中物体动态加载、脉冲白光光源照明、数字散斑图像采集等过程依次完成。该系统可通过延时调节 ,对可重复动态过程的位移演化进行全过程测量。     

基于光纤振动的激光散斑控制

散斑噪声的存在使得图像灰度剧烈变化,降低了图像分辨率,影响成像质量。为了控制散斑噪声,使用波长为405nm的激光作为显微系统照明光源,利用音圈电机振动光纤,通过对抛光玻璃显微成像,用CCD图像采集卡采集图像后进行了散斑噪声对比度分析。结果表明,在光纤振动幅度不变、振动频率在4Hz~55Hz内逐渐增加时,图像散斑对比度在0.0326~0.1197范围内逐渐变小;当频率大于51Hz时,图像散斑对比度曲线趋于平稳且对比度在0.0326处获得了最小值,图像清晰,达到良好的散斑控制。     

Frequency correlation function of modal noise in multimode opticalfibers

After transmission of highly coherent light through a multimode optical fiber, it is possible to observe a speckle pattern, namely, a modal noise, at its exit face caused by the interference of many different propagation modes. Changes of the source frequency can also cause modal noise variations in time at the exit face. The statistics of the modal noise appearing at the exit face of a fiber can thus be used to study the properties of the fiber and source. Measurements have been made of the frequency correlation function of modal noise in multimode optical fiber not only at the exit face of the fiber but also at a nearby point. A geometrical approximation is used to derive the frequency correlation function at the detecting position for various detecting positions. Experimental results are given and compared with the theory     

Speckle interferometry for spectral analysis of laser sources and multimode optical waveguides

Speckle phenomena in optical waveguides known as modal noise are useful for measuring the spectral width of laser sources down to 1 MHz or the bandwidth of multimode fibers up to 1 THz. This measurement is based on a theory relating the frequency correlation function of a speckle pattern to the light source spectrum and to the power transfer function of general waveguides. We demonstrate the feasibility of the method by investigating laser lines with a width of 300 MHz and 5 GHz, and by studying the transmission characteristics of short fiber pieces with bandwidths up to 37 GHz.     

利用脉冲DSPI技术测量心动位移分布

提出了一种基于脉冲数字散斑干涉（ＤＳＰＩ）系统的心动位移测量技术。该技术利用激光照射体表产生的动态生物散斑相关条纹图提取并记录心动周期时间历程中瞬态空－时位移场分布，进而通过条纹自动分析技术获得高精度重建的光学心动图。     

图像处理在光纤光斑微位移传感中的应用

基于多模光纤的多模干涉原理以及图像处理算法,对多模光纤输出端面光斑图像相位谱的灰度共生矩阵特征值进行提取,提出一种新型光斑图样处理算法,并且将其应用于微位移传感。详细分析了以阶跃型多模光纤为基础的单模-多模光纤结构在两光纤径向产生微位移时,位移量与端面光斑图像相位谱特征值之间的关系。对多种结构参数光斑图样的分析表明,两光纤径向微位移与相关性及一致性两特征值成近似线性关系,可以用光斑图像处理的方法进行微位移测量,从而实现传感。实验结果表明与目前常用的计算光斑图像归一化强度内积处理算法相比,多模光纤芯径较小时,线性度、动态范围比较接近;芯径较大时,线性度提高的同时动态范围扩大约一倍。因此所提出的算法稳定性更好,适用范围更广。     

Mode coupling and phase modulation in vibrating waveguides

When coherent light is coupled into a multimode waveguide (such as a fiber), a speckle pattern is formed at the fiber output. When the fiber is vibrated, the speckle pattern is modulated due to mode coupling and phase modulation of the waveguide modes. It is shown that when a highly coherent light source is used, the speckle pattern modulation is due primarily to phase modulation of the modes. When less coherent sources are used (such as low-cost laser diodes), mode coupling is the dominant effect     

超辐射发光二极管的散斑自相关法表面粗糙度测量研究

利用相干或部分相干光被粗糙表面散射产生的散斑现象进行表面粗糙度测量是一类有应用前景的在线测量技术。研究了窄带连续谱光束被随机粗糙表面散射形成的远场散射光场的散斑延长效应和将其应用于表面粗糙度测量的可行性。理论和模拟研究表明:随着观测点逐渐远离散射光场中心,散斑延长率越来越大;在相同的观测位置,表面的粗糙度越小,散斑延长率越大。构建以超辐射发光二极管（Superluminescent Diode,SLD）为光源的实验系统,以散斑延长率衍生的光学粗糙度指标来衡量表面粗糙度,对电火花加工的表面粗糙度对比样块进行粗糙度测量实验,结果表明光学粗糙度指标随着被测表面粗糙度的增加而单调递减。比起一组分立波长的光源,采用窄带连续谱光源的表面粗糙度测量系统有更大的测量范围。     

基于光学频率乘法器的THz通信载波研究

为解决THz波无线通信系统载波存在的频率稳定性及精度问题,提出基于光学频率乘法器的THz载波产生方法.该乘法器由光梳信号生成器、光学可调滤波器和UTC-PD光学混频器组成.光梳信号和可调光纤进行光学频率相乘产生双模相干光信号,通过UTC-PD进行光外差混频产生高频率和高饱和输出功率的THz载波,并对载波的线宽、单边带相...     

Interferometric Noise Characterization and Suppression in Optical CDMA Networks

A solution for suppressing multiple-access interference and incoherent interferometric noise in 2-D optical code-division multiple access (CDMA) networks is demonstrated using a dispersion-imbalanced loop mirror containing a 15-m heavily GeO$_{2}$-doped fiber. From the experimental study of the degradation caused by noise, bit-error-rate (BER) measurements in a two-user system having coherent, partially coherent, and incoherent interferometric noise without the dispersion-imbalanced loop mirror exhibit error floors above BER $=10 ^{-6}$. Including the dispersion-imbalanced loop mirror before the receiver allows error-free transmission, and reduces the power penalty from the noise by 7 dB. The solution presented increases the receiver sensitivity and accentuates the flexibility of the optical CDMA networks.      

基于时空域退偏的数字全息成像去噪研究

为了抑制全息记录过程中的散斑噪声,采用一种通过降低相干光源相干性的方法,并进行了理论分析和实验验证。利用旋转二元波片进行退偏,在10s内记录70幅全息图进行平均化降噪; 同时利用毛玻璃对相干光进行空间退相干,降低了光源的相干性从而降低了散斑噪声。将单独采用时间退偏操作的重建图像与单独采用空间退偏操作的重建图像以及两者相结合的重建图像进行了对比。通过实验验证了所提方法的可行性,通过分析频谱比较证实了几种方法,利用信噪比直观地证实了几种方法的有效性。结果表明,时间、空间退偏结合对散斑噪声的抑制有着明显的优势,空间退偏的重建像的信噪比为0.4459,时间退偏的重建像信噪比为1.5155,而两者结合后的信噪比为1.7162,采用时间退偏以及空间退偏叠加的方式有效地抑制了相干噪声。该实验为研究数字全息成像的过程中由于光源相干度过高带来的散斑噪声干扰的问题提供了一个有效的抑制方法。     

一种基于相位敏感光时域反射计的多参量振动传感器

提出了一种基于数字相干检测和维纳滤波技术的相位敏感光时域反射计(φ-OTDR)。在该技术中,实时解调出了沿光纤链路散射回的瑞利信号电场的振幅和相位。通过分析解调出的振幅和相位,检测到了位于3.5km传感光纤上的一个由压电陶瓷(PZT)所产生的正弦振动信号的位置、频率和强度。应用维纳滤波降低了由激光器的相位噪声和探测器加性噪声引起的相位波动。系统的空间分辨率为5m。