本文選題：光纖傳感 + 光斑檢測�。� 參考：《北京交通大學》2017年碩士論文

【摘要】：隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展和成像技術(shù)的日益普及,基于光纖光斑檢測的各項技術(shù)的復(fù)雜程度和成本大幅降低,促進了光纖光斑檢測在傳感以及光譜分析等研究領(lǐng)域的發(fā)展。針對目前模式分析領(lǐng)域解析法對波導(dǎo)結(jié)構(gòu)要求嚴格,而數(shù)值分析方法普遍存在著計算精度和計算量之間矛盾的問題,本文提出了基于多模光纖光斑檢測技術(shù)的波導(dǎo)模式分析方法,并且針對基于光纖光斑檢測的光譜分析技術(shù)中光纖長度與光譜重建性能之間的矛盾,提出了兩種基于改進光纖結(jié)構(gòu)的光譜分析方案。主要的工作內(nèi)容如下:1、對光斑檢測的耦合及多模干涉理論進行了理論分析,并總結(jié)歸納了現(xiàn)有的光斑圖樣處理算法,包括基于光強和基于圖像內(nèi)容的算法。2、針對單模-階躍多模光纖結(jié)構(gòu)中模式激勵情況與光纖軸心偏移程度的關(guān)系進行了理論計算,并利用光束傳播法獲得了多模光纖端面處的光斑圖樣。將灰度共生矩陣圖像處理技術(shù)引入光斑圖樣處理,詳細分析了該結(jié)構(gòu)在不同偏心熔接時的端面光斑與圖像特征值的關(guān)系,得到了激發(fā)模式數(shù)量和灰度共生矩陣特征值能量、一致性、熵之間的近似線性關(guān)系,并在實驗環(huán)境下進行了驗證。之后將此結(jié)論應(yīng)用于分析D型多模光纖的模式激發(fā)情況。在常用復(fù)雜數(shù)值計算方法外,為定性研究光纖內(nèi)模式激勵情況提供了 一種新的分析方法。3、對基于多模光纖光斑分析的光譜儀的原理進行了分析,實現(xiàn)了利用光斑檢測在噪聲環(huán)境下重建光源信號的算法,并基于光譜相關(guān)寬度實現(xiàn)了光譜分辨率的計算。采用偏芯熔接的單模-階躍多模光纖結(jié)構(gòu)及單模-D型多模-多模光纖結(jié)構(gòu)取代原有的對芯熔接結(jié)構(gòu),對該類型光譜儀進行了改進。對改進前后的光譜分析性能進行了比較分析,通過仿真綜合比較了光譜重建誤差、半波全寬、寬帶信號重建三個性能因子,驗證了改進后的方案在光譜重建性能上優(yōu)于原有的結(jié)構(gòu)。
[Abstract]:With the development of digital signal processing technology and the increasing popularity of imaging technology, the complexity and cost of various technologies based on optical fiber spot detection are greatly reduced, which promotes the development of optical fiber spot detection in the field of sensing and spectral analysis.In view of the strict requirement of the waveguide structure for the analytical method in the field of mode analysis at present, the numerical analysis method generally has the problem of the contradiction between the calculation accuracy and the computational complexity.In this paper, a waveguide mode analysis method based on multimode optical spot detection technology is proposed, and the contradiction between optical fiber length and spectral reconstruction performance in spectrum analysis technology based on optical fiber spot detection is discussed.Two spectral analysis schemes based on improved fiber structure are proposed.The main work is as follows: 1. The coupling and multi-mode interference theory of spot detection are analyzed theoretically, and the existing algorithms of spot pattern processing are summarized.Including the algorithm. 2 based on light intensity and image content, the relationship between mode excitation and axis deviation in single-mode step multimode fiber structure is calculated theoretically.The spot pattern at the end face of multimode fiber is obtained by beam propagation method.The gray level co-occurrence matrix image processing technique is introduced to the spot pattern processing, and the relationship between the end spot and the image eigenvalue of the structure under different eccentricity welding conditions is analyzed in detail. The number of excitation modes and the eigenvalue energy of the gray level co-occurrence matrix are obtained.The consistency and the approximate linear relation between entropy are verified in the experimental environment.Then this conclusion is applied to analyze the mode excitation of D-type multimode fiber.In addition to the complex numerical calculation methods, this paper provides a new analytical method for qualitatively studying the internal mode excitation of optical fiber. The principle of the spectrometer based on multimode optical spot analysis is analyzed.The algorithm of reconstruction of light source signal in noisy environment by spot detection is realized, and the spectral resolution is calculated based on spectral correlation width.The single-mode-step multimode fiber structure and single-mode -D type multimode fiber structure are used to replace the original core fusion structure, and the spectrometer is improved.The performance of spectral analysis before and after the improvement is compared and analyzed. The spectral reconstruction error, the full width of half wave and the reconstruction of wideband signal are comprehensively compared by simulation.The improved scheme is superior to the original structure in spectral reconstruction performance.
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN253

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本文編號：1773927