光强极值法测量锥型光纤半径的理论与技术研究-光学系统设计专业论文.docxVIP

学校代码 分 类 号  10701 TN82 学 号 1205122269 密 级 公开 西安电子科技大学 硕士学位论文 光强极值法测量锥型光纤半径的 理论与技术研究 作者姓名： 曲江月 领 域： 光学系统设计 学位类别: 工程硕士 学校导师姓名、职称： 李庆辉 教授 企业导师姓名、职称： 吕衍秋 研究员 提交日期： 2015 年 3 月 Theory and Technology on measuring tapered fiber radius by light intensity extremum value method A thesis submitted to XIDIAN UNIVERSITY in partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Philosophy By Jiangyue Qu (Electronic Science and Technology) Supervisor: Prof. Qinghui Li March 2015 西安电子科技大学 学位论文独创性（或创新性）声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标 注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说 明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。 本人签名： 日 期： 西安电子科技大学 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保 留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内 容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后 结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。 （必威体育官网网址的论文在解密后遵守此规定） 本学位论文属于必威体育官网网址，在 年解密后适用本授权书。 本人签名： 导师签名： 日 期： 日 期： 摘 摘 要 西安电 西安电子科技大学硕士学位论文 I I PAGE PAGE II 摘 要 锥型光纤作为一种特殊的光纤，普遍应用在医学、近场光学显微镜以及光孤 子通信等领域。而对于锥型光纤半径的准确测量，是研究锥型光纤特性以及提高 其生产质量的前提和保证。本文在国内外光纤半径测量技术研究的基础上，重点 研究基于光散射原理的光强极值法，并对其测量方案进行改进，以提高测量的速 度和精确度。该方案将测量过程分为半径数据库建立、图像处理和数据匹配三大 部分进行研究。 (1) 根据散射原理公式建立相应数据库：从基本的波动方程出发，分析了高斯 光束透过均匀透明的锥型光纤介质后透射、衍射光的复杂叠加过程，并引入相关 函数对散射公式进行近似求解。然后，通过原理公式，在给定的半径取值范围内， 获取每一半径值所对应的散射光强值与散射角关系图谱，并从图谱中提取每一个 光纤半径的一套散射角数据，建立数据库。 (2) 搭建实验平台获取散射图像并进行相关图像处理：本文实验中所使用的光 纤采用了中国航空自动控制第 618 研究所的单模锥型光纤，对其锥区半径进行了 测量实验。测量系统包括：激光光源整形系统、柱面透镜望远系统以及图像采集 系统。其中，对于激光光源束腰半径的透镜变换过程、柱面透镜望远系统的参数 选择等方面进行了详细的计算分析。之后，由工业相机拍摄得到散射条纹图像， 对图像进行了以下方案的预处理：先转换图像格式，再截取图像，分别采用直方 图均衡化、均值滤波、低通滤波和中值滤波四种平滑滤波方法处理后，通过比较， 选择了先直方图均衡化，再使用中值滤波进行图像处理。将处理过的散射图像中 的单列光强极值图像用平滑滤波算法进行平滑整形，并从中提取明暗条纹光强极 值所对应的散射角数据。 (3) 设计了数据匹配的方案，该方案的主要依据是最小二乘理论。将图像处理 中获得的光强极值散射角数据与自建数据库的相应散射角数据进行最优匹配，获 取锥区半径值，并输出测量结果。 经过实验测试，锥型光纤半径测量系统可以准确、快速的测量锥型光纤的锥 区半径，并对实际测量精度及性能差异作了评估研究，提出了进一步提高系统测 量性能的改进方向，发现了算法上的不足之处，提出了改进的措施。 关 键 词：锥型光纤，半径测量，散射光强极值，图像预处理，最小二乘匹配 论文类型：应用基础研究类 AB