本文關(guān)鍵詞：光強(qiáng)極值法測(cè)量錐型光纖半徑的理論與技術(shù)研究　出處：《西安電子科技大學(xué)》2015年碩士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

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【摘要】：錐型光纖作為一種特殊的光纖,普遍應(yīng)用在醫(yī)學(xué)、近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡以及光孤子通信等領(lǐng)域。而對(duì)于錐型光纖半徑的準(zhǔn)確測(cè)量,是研究錐型光纖特性以及提高其生產(chǎn)質(zhì)量的前提和保證。本文在國(guó)內(nèi)外光纖半徑測(cè)量技術(shù)研究的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)研究基于光散射原理的光強(qiáng)極值法,并對(duì)其測(cè)量方案進(jìn)行改進(jìn),以提高測(cè)量的速度和精確度。該方案將測(cè)量過(guò)程分為半徑數(shù)據(jù)庫(kù)建立、圖像處理和數(shù)據(jù)匹配三大部分進(jìn)行研究。(1)根據(jù)散射原理公式建立相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)：從基本的波動(dòng)方程出發(fā),分析了高斯光束透過(guò)均勻透明的錐型光纖介質(zhì)后透射、衍射光的復(fù)雜疊加過(guò)程,并引入相關(guān)函數(shù)對(duì)散射公式進(jìn)行近似求解。然后,通過(guò)原理公式,在給定的半徑取值范圍內(nèi),獲取每一半徑值所對(duì)應(yīng)的散射光強(qiáng)值與散射角關(guān)系圖譜,并從圖譜中提取每一個(gè)光纖半徑的一套散射角數(shù)據(jù),建立數(shù)據(jù)庫(kù)。(2)搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)獲取散射圖像并進(jìn)行相關(guān)圖像處理：本文實(shí)驗(yàn)中所使用的光纖采用了中國(guó)航空自動(dòng)控制第618研究所的單模錐型光纖,對(duì)其錐區(qū)半徑進(jìn)行了測(cè)量實(shí)驗(yàn)。測(cè)量系統(tǒng)包括：激光光源整形系統(tǒng)、柱面透鏡望遠(yuǎn)系統(tǒng)以及圖像采集系統(tǒng)。其中,對(duì)于激光光源束腰半徑的透鏡變換過(guò)程、柱面透鏡望遠(yuǎn)系統(tǒng)的參數(shù)選擇等方面進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算分析。之后,由工業(yè)相機(jī)拍攝得到散射條紋圖像,對(duì)圖像進(jìn)行了以下方案的預(yù)處理：先轉(zhuǎn)換圖像格式,再截取圖像,分別采用直方圖均衡化、均值濾波、低通濾波和中值濾波四種平滑濾波方法處理后,通過(guò)比較,選擇了先直方圖均衡化,再使用中值濾波進(jìn)行圖像處理。將處理過(guò)的散射圖像中的單列光強(qiáng)極值圖像用平滑濾波算法進(jìn)行平滑整形,并從中提取明暗條紋光強(qiáng)極值所對(duì)應(yīng)的散射角數(shù)據(jù)。(3)設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)匹配的方案,該方案的主要依據(jù)是最小二乘理論。將圖像處理中獲得的光強(qiáng)極值散射角數(shù)據(jù)與自建數(shù)據(jù)庫(kù)的相應(yīng)散射角數(shù)據(jù)進(jìn)行最優(yōu)匹配,獲取錐區(qū)半徑值,并輸出測(cè)量結(jié)果。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試,錐型光纖半徑測(cè)量系統(tǒng)可以準(zhǔn)確、快速的測(cè)量錐型光纖的錐區(qū)半徑,并對(duì)實(shí)際測(cè)量精度及性能差異作了評(píng)估研究,提出了進(jìn)一步提高系統(tǒng)測(cè)量性能的改進(jìn)方向,發(fā)現(xiàn)了算法上的不足之處,提出了改進(jìn)的措施。
[Abstract]:As a special fiber conical fiber is widely used in medicine near-field optical microscope and optical soliton communication and so on. It is the premise and guarantee to study the characteristics of conical fiber and improve its production quality. Based on the research of optical fiber radius measurement technology at home and abroad, the light intensity extreme value method based on the principle of light scattering is mainly studied in this paper. The measurement scheme is improved to improve the speed and accuracy of the measurement, which divides the measurement process into radius database. Three parts of image processing and data matching are studied. (1) according to the scattering principle formula, the corresponding database is established: starting from the basic wave equation. The complex superposition process of diffracted light and transmission of Gao Si beam through a uniform and transparent tapered fiber medium is analyzed, and the scattering formula is solved approximately by introducing the correlation function. Then, the principle formula is adopted. In the range of given radius, the relationship between the scattering intensity and the scattering angle of each radius is obtained, and a set of scattering angle data of each optical fiber radius is extracted from the spectrum. Build the experimental platform to obtain scattering images and image processing: the optical fiber used in this experiment uses the single-mode conical fiber of China Aviation automatic Control Institute 618. The measurement system includes laser light source shaping system, cylindrical lens telescope system and image acquisition system. The parameter selection of cylindrical lens distant system is calculated and analyzed in detail. Then the scattered fringe image is captured by industrial camera and the image is preprocessed as follows: first transform the image format. After intercepting the image, the histogram equalization, mean filter, low-pass filter and median filter are used to process the image. Through comparison, the first histogram equalization is selected. Then the median filter is used to process the image, and the single-row intensity extremum image of the scattered image is smoothed by the smoothing filtering algorithm. The scattering angle data corresponding to the extreme value of light intensity of dark and light stripes are extracted from the data. 3) the scheme of data matching is designed. The main basis of the scheme is the least square theory. The scattering angle data obtained in image processing and the corresponding scattering angle data of the self-built database are matched optimally to obtain the radius of the cone region. The experimental results show that the tapered fiber radius measurement system can accurately and quickly measure the cone radius of the tapered fiber, and the actual measurement accuracy and performance difference are evaluated and studied. The improvement direction of further improving the measurement performance of the system is put forward, the shortcomings of the algorithm are found, and the improvement measures are put forward.
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TN253;TP391.41

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