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实验二十七、光波导传输损耗的测量

波导薄膜中导波光的传输损耗是评价介质平板波导的一个重要参数。传统的测量光波导

传输损耗的方法如截断法（Cut-OffMethod）和滑动棱镜法（PrismSlidingMethod）在测量

准确性和方便性方面均存在着较大的问题，难以获得广泛的应用。采用CCD数字成像器件，

通过数字成像对光波导内部的传输光强进行测量，可计算得到波导的传输损耗，该方法具有

无损、高精度快速测量等优点。

[实验目的]

1．了解CCD数字成像法测量波导传输损耗的原理及实际的测量光路；

2．掌握用于去除散粒噪声的中值滤波图像处理技术；

3．通过传输曲线的拟合计算传输衰减系数。

[实验仪器]

1．半导体激光器（650nm）、偏振棱镜、透镜；

2．待测离子交换光波导片；

3．数字成像器件CCD和数据采集系统。实验中使用的是自带视频信号输出的CCD。

[预习提示]

1．光波导的损耗有哪些？

2．什么是数字滤波技术？

[实验原理]

损耗机理

光波导器件传输损耗主要由以下因素产生：波导材料的散射和吸收引起的损耗；基片的

表面光洁度受到抛光工艺的限制；界面的不规则导致导模与辐射模间的耦合而引起的损耗；

波导表面弯曲，引起能量辐射造成损耗。

2．测量原理

真实波导由于界面不平整以及波导内部杂质散射，使导模转变为辐射模。可以认为：某

一位置散射出来的光强主要受到该点的传输光强、界面不平整程度、杂质多少的影响。整块

波导是在特定条件下一次性制备，后两个因素的影响可以认为在整块波导中平均分布，即使

由于杂质大小有涨落而出现某点散射光特别强，也可以在后期图像处理中采用数字滤波技术

加以消除。因此，散射光强将只和该处的实际传输光强成正比。据此，可以采用数字成像器

件CCD对传输线上各点的散射光强进行记录，转换成内部传输光强，拟合出传输衰减曲线

并计算衰减系数。

3．图像噪声的消除

在波导传输线静态数字照片上，对传输光强分布进行研究，发现波导杂散光十分明显，

如图1，杂散光相当于噪声必须消除，否则将给传输衰减系数的计算带来很大的误差。

y

t

i

s

n

e

t

消除数字图像噪声的方法有很多种，本文采用的是均值滤波算法。该算法相当于一个低

n

I

e

通滤波器，图像上的每一点均被周围点的加权平均值来代替。即：

v

i

t

a

l

e

R

(2.1)

(m，n)和y(m，n)分别是处理前和处理后的图像，W是一个确定大小的窗口，a(k，l)是各

点的权重函数。通常的空间均值滤波对各点设置相同的权重，由(2.1)可得

(2.2)

即：,是窗口W中的像素数目。对应于窗口大小为3的空间均值滤波掩模图如

a(k,l)1NN

ww

图2。