焦距參數(shù)是激光二極管的一項(xiàng)重要指標(biāo),激光器焦距測(cè)試的目的是為耦合封裝提供距離參考,從而減少耦合時(shí)間、提高耦合效率、降低耦合成本。目前在焦距測(cè)試領(lǐng)域,主要是功率反饋法,在三維平面進(jìn)行重復(fù)性搜索,搜索時(shí)間長(zhǎng)、且容易陷入局部極值。本文以提高測(cè)量精度、減少測(cè)量時(shí)間為目的,以CCD直射法為基礎(chǔ),通過(guò)分析激光器光斑類型與相鄰幀的光斑圖像差異,從圖像灰度信息角度出發(fā)提出基于灰度方差的CCD測(cè)激光器焦距算法。本文的研究工作如下:(1)激光器焦距測(cè)試研究:本文對(duì)現(xiàn)有的以功率反饋為依據(jù)的激光器焦距測(cè)試算法進(jìn)行分析,焦距測(cè)試存在精度不高、測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題。由于激光器制造工藝的差異,激光光束不是理想高斯光束,由于衍射原因以及封裝工藝不同會(huì)在CCD光敏面形成不同類型的光斑,導(dǎo)致以光斑半徑為評(píng)價(jià)值的CCD法產(chǎn)生較大誤差。(2)不同類型光斑分析研究:本文對(duì)激光光斑能量分布進(jìn)行理論分析與實(shí)驗(yàn)測(cè)試,在激光束垂直入射時(shí),對(duì)激光光斑能量密度的分布情況進(jìn)行理論分析,并通過(guò)CCD對(duì)光斑采樣測(cè)量來(lái)獲得實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。(3)本文焦距測(cè)試算法分析研究:本文以提高測(cè)試精度及效率為出發(fā)點(diǎn),通過(guò)研究CCD光敏面上接收到的不同光斑類型,分析光斑形成原理以及變化規(guī)律,提出針對(duì)不同光斑類型的焦平面判定算法。對(duì)大、小光斑進(jìn)行分析,針對(duì)各自相鄰幀的圖像光斑變化情況,提出以灰度方差二階導(dǎo)數(shù)作為大光斑評(píng)價(jià)函數(shù)和灰度方差函數(shù)為小光斑評(píng)價(jià)函數(shù)的尋焦算法,實(shí)現(xiàn)了CCD對(duì)微米級(jí)別光斑、非理想高斯光束光斑的測(cè)量。其次針對(duì)焦平面搜索過(guò)程中重復(fù)性搜索而導(dǎo)致時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題,本文提出采用大區(qū)粗采集與小區(qū)細(xì)采集的運(yùn)動(dòng)搜索方式對(duì)激光光斑圖像進(jìn)行采集。(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析:本文通過(guò)對(duì)激光器進(jìn)行測(cè)試分析,驗(yàn)證了本文算法的可行性以及穩(wěn)定性,為激光器性能參數(shù)的測(cè)試提供了理論和實(shí)踐參考依據(jù)。
【學(xué)位單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN248
【部分圖文】：

如圖 1-1 所示。(a)TOSA (b)ROSA (c)BOSA圖1-1 同軸型封裝形式本課題研究的主要針對(duì) TOSA 耦合對(duì)準(zhǔn)前的 TO-CAN 焦距測(cè)試。光發(fā)射模塊(TOSA)是光通信傳輸系統(tǒng)的重要組成部分，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，耦合到光纖，通過(guò)光纖傳輸光信號(hào)，單模光纖的芯徑為9 μ m左右[11]。典型的 SC 型 TOSA實(shí)物示意圖與結(jié)構(gòu)示意圖，如圖 1-2 所示。

2圖1-2 激光二極管實(shí)物與TOSA結(jié)構(gòu)示意圖圖 1-2 中從上而下依次是光纖適配器、管芯帽和激光器管芯。TOSA 的結(jié)構(gòu)決定了其生產(chǎn)流程：激光器焦距測(cè)試、管芯帽與管芯焊接、光纖適配器與激光器的耦合焊接。其中管芯帽的高度取決于激光器焦距，管芯帽與管芯的焊接屬于無(wú)對(duì)準(zhǔn)焊接；光纖與激光器的焊接屬于耦合對(duì)準(zhǔn)焊接，耦合過(guò)程在管芯帽平面進(jìn)行。理論上光纖與激光器的對(duì)準(zhǔn)應(yīng)盡可能在焦平面進(jìn)行，才能達(dá)到足夠的耦合效率，因此，光發(fā)射模塊的成功取決于半導(dǎo)體激光器焦距值的確定，所以確定激光器焦距是耦合的關(guān)鍵技術(shù)之一。封裝底座上表面到管帽透鏡匯聚焦點(diǎn)的距離被定義為激光二極管的焦距，如圖 1-3 所示。激光二極管的一個(gè)重要指標(biāo)是焦距，精確的焦距測(cè)量值能給耦合提供關(guān)鍵的距離參考，自動(dòng)化的焦距測(cè)試是減少耦合時(shí)間、提高耦合效率、降低耦合成本的重要突破口

圖1-2 激光二極管實(shí)物與TOSA結(jié)構(gòu)示而下依次是光纖適配器、管芯帽和激光器管：激光器焦距測(cè)試、管芯帽與管芯焊接、光管芯帽的高度取決于激光器焦距，管芯帽與激光器的焊接屬于耦合對(duì)準(zhǔn)焊接，耦合過(guò)程器的對(duì)準(zhǔn)應(yīng)盡可能在焦平面進(jìn)行，才能達(dá)的成功取決于半導(dǎo)體激光器焦距值的確定，術(shù)之一。面到管帽透鏡匯聚焦點(diǎn)的距離被定義為激光二極管的一個(gè)重要指標(biāo)是焦距，精確的焦考，自動(dòng)化的焦距測(cè)試是減少耦合時(shí)間、提破口，因此精確測(cè)量焦距指標(biāo)是必須的。

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本文編號(hào)：2833677