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第三章全光纤偏振系统光路设计 扫描频率 输出位置信号 是扫描延

发布时间:2019-08-09 20:40 来源:未知 编辑:admin

  第三章全光纤偏振系统光路设计 扫描频率 输出位置信号 是扫描延迟线输出的位置信号波形图电压的大小反映了不同的扫描位置波形的上升段代表正向扫描 下降段代表反向扫描。 扫描延迟线输出位置信号波形图光电探测器光电探测器选用 公司的 。它是一款用于近红外波段的高速光电探测器。它的主要参数如下 光谱响应范围

  第三章全光纤偏振系统光路设计 扫描频率 输出位置信号 是扫描延迟线输出的位置信号波形图电压的大小反映了不同的扫描位置波形的上升段代表正向扫描 下降段代表反向扫描。 扫描延迟线输出位置信号波形图光电探测器光电探测器选用 公司的 。它是一款用于近红外波段的高速光电探测器。它的主要参数如下 光谱响应范围 响应时间 最大探测强度噪声 输出电压 是入射到光电探测器上的光强是光电探测器在波长 处的光谱响应 。。是探测器自带的负载电阻 探测器光谱响应第三章全光纤偏振系统光路设计 纵向分辨率鉴于宽带宽光源的价格非常昂贵 本系统的光源带宽只有 相对较窄。这有助于降低光路中各元器件及光纤色散带来的影响 但同时也降低了系统的纵向分辨率。本偏振 系统的纵向分辨率为 成像速度本系统选用的扫描延迟线的扫描频率有限最高只有 检测深度为 相应的纵向扫描速度是 它形成的载波频率约为 。以一幅 的图为例 成像大约需要 未能达到实时显示的要求。 实验结果及分析 调节干涉由于 光不在可见光范围内 不能用眼睛直接观察 这给系统的调试带来很大的困难。为了解决这一问题 首先考虑干涉的表达式 一一 其中是干涉计中参考臂和样品臂间的光程差。从式中可以看出 发生变化干涉光强会以正弦 余弦 规律变化。基于上述理论 在实验中可以采用观察电信号的方式来调节干涉计中参考光和样品光的干涉。具体方法是 首先将参考光和样品光的混合光束经光电探测器转化为电信号 用示波器观察此电信号的波形。调节干涉计两臂的光程差 当示波器上出现正弦信号时 即为发生干涉。图 分别为使用反射镜作样品的情况下 未干涉和干涉时示波器显示的波形。第三章全光纤偏振 系统光路设计…’ 未干涉波形干涉波形 实验结果及分析 干涉计两臂产生干涉后 在参考臂加入纵向扫描 产生的信号波形如图 所示 它是一个调幅波形 其包络包含了被测样品信息。在包络的内部可以看到约 的正弦波形 如图 所示。图中的波形并不是完美的正弦曲线 这是因为有高频噪声存在。 信号波形内部图显示的是纵向扫描形成的连续信号波形。图中两个信号间的平均间隔大约为 即空间问隔 与实验中设定的扫描范围相同。第三章全光纤偏振 系统光路设计 本章小结 纵向扫描形成的连续信号波形本课题的目标是设计全光纤偏振系统。本章介绍光在光纤中传播所受到的影响 分析光纤本身的损耗、色散、双折射 并讨论了保偏光纤对光偏振态的保持作用及其局限性。在此基础上 本章列举出设计全光纤偏振 光路的困难 并进一步提出针对这些难点的两种解决方案。完成上述的准备工作后 本章设计、搭建了全光纤偏振 系统光路 并进行了初步的实验 实验结果将作为下一步设计处理模块的依据。第四章全光纤偏振 系统处理模块设计第四章全光纤偏振 系统处理模块设计偏振 成像的目的是确定不同组织的局部形态、双折射特性以及病变组织的存在等。偏振 在样品臂末端向人体内发射光束 人体中各深度层的反射光与参考光发生干涉 干涉光通过光电探测器转换为电信号 到达处理模块 经处理后由计算机成像。人体组织中各深度层的目标并不是简单的反射体 光与人体组织的相互作用 使反射后的光信号相对于入射到人体组织内的光信号不仅仅是发生了幅度的衰减 而且携带了大量的人体内部信息。处理模块的任务就是要通过各种步骤 从干涉光转化而成的电信号中提取各种有用信息。本章主要讨论全光纤偏振 系统的数据处理模块 包括预处理和解调。分别用软件和硬件方法设计了解调部分 并对其性能进行了对比。 处理模块的设计要求在全光纤偏振 系统中 光路输出的光信号经光电探测器转化为电信号 通过处理模块处理后成像。由于光路的输出光强很微弱 只有微瓦级 所以光电探测器获得的电信号幅度较小 不利于后面一系列工作的开展。由于光路中存在背景光和杂散光 获得的电信号中会相应地出现直流和高频干扰 降低有效信号的可分辨性。另外 包含被测样品信息的干涉信号是被调制在纵向扫描产生的载波上的 要获得这些信息 就必须对其进行解调。为了解决上述问题 达到获取被测样品信息的目的 处理模块需要首先对获得的电信号进行预处理 即放大和滤波 再进行解调。处理模块设计的依据是以前表面贴有盖玻片的反射镜为样品进行实验得出的电信号数据。其基本参数为 幅度 直流背景 载波频率 信号频率 处理模块设计需要注意由于包含被测样品信息的有效信号很微弱 所以模块中各元器件自身的第四章全光纤偏振 系统处理模块设计输入漂移必须小 否则会淹没真正的信号 因需要采用多级放大 应在各级放大间加入高通或带通滤波 防止直流干扰幅度增大过快 损坏放大器 为了提高成像速度 处理模块的运行速度应小于或等于光路获取数据的速度。基于上述各点 本章设计了预处理电路和解调电路。 预处理电路设计阁预处理电路主要完成两方面功能 首先要完成放大功能。由于获得的电信号很微弱 一般在 以下 为提高信号强度 使其尽量不受后级处理器件输入漂移的影响、满足各器件输入电平要求、提高 精度 必须将其放大。预处理电路的第二个功能是滤波。由于获季导的信号中存在直流背景和高频噪声 降低了有效信号的可分辨性 需要将这些无用信号滤除。选择放大器时 为使脉冲不失真的放大 要求放大器带宽不能过窄 另一方面 放大器的带宽应无法达到放大高频噪声所需的带宽要求 使噪声得到抑制。系统选用 公司的 它具有低噪声 高输入阻抗和宽带宽等特性 很好的符合了我们电路的要求。利用多片 组成多级放大 达到的放大倍数为 螂枷搿弧呲第四章全光纤偏振系统处理模块设计自行设计的 带通滤波器的中心频率为 带宽 完全满足我们的要求。图 为带通滤波器性能的仿真图。图 是预处理前后的电信号波形图。可见经过预处理后 信号强度增大了 波形上的“毛刺”也减少了。预滤波后的载波波形成为标准的正弦波形。 预处理前后的波形。图为预处理前 图为预处理后 解调模块设计含有被测样品信息的干涉光被调制在频率为 载波中形成如图 图所示的波形 其数学表示为 其中是被测样品 深度层某点的反射率 是由被测样品的双折射产第四章全光纤偏振 系统处理模块设计生的。要获得样品的特征信息 就需要将其从载波中解调出来。解调的方法有两种 种是软件法 一种是硬件法。软件法又分为二元解调和傅里叶变换解调。 简介惭 软件法解调主要利用了 工具。 的名字由 两词的前三个字母组合而成。它的出现源于世纪七十年代后期 时任美国新墨西哥大学计算机科学系主任的 教授出于减轻学生编程负担的动机 为学生设计了一组调用 库程序的“通俗易用”的接口此即用 编写的萌芽状态的 。经几年的校际流传 年成立了公司 并把 正式推向市场。从这时起 的内核采用 语言编写 而且除原有的数值计算能力外 还新增了数据图视功能。 以商品形式出现后 仅短短几年 就以其良好的开放性和运行的可靠性 使原先控制领域里的封闭式软件包 如英国的 瑞典的 德国的纷纷淘汰 而改以 为平台加以重建。在时间进入 世纪九十年代的时候 已经成为国际控制界公认的标准计算软件。 具有很强大的功能 诸如海量数值计算、图形可视化、动态仿真建模、实时数据处理等。与其它计算机编程语言相比 的优点是 语言简洁 使用方便。 利用其丰富的库函数使编程人员从繁琐的程序代码中解放出来。 指令功能强大 意义明确。特别是 中的绘图语句 使数据的可视化变得轻而易举。 既具有结构化的控制语句 又有面向对象编程的特性。 语法限制不严格。 拥有几十个功能强劲的工具箱 可应用于各个专业领域。 程序的可移植性好 可以在各种操作系统上运行。 可以与其它软件相结合。 等软件结合使用发挥两者的优势 扩充其功能。现在 已经成为国际上最流行、应用最广泛的科学工程计算软件 它广泛的应用于自动控制、数学运算、信号分析、图象处理、财务分析等各行各业。由于它具有强大的计算和绘图功能、大量稳定可靠的算法库和简洁高效的编第四章全光纤偏振 系统处理模块设计程语言 已成为数学计算工具方面事实上的标准。在欧美大学里 诸如应用代数、数理统计、自动控制、数字信号处理、模拟与数字通信、时间序列分析、动态系统仿真等课程的教科书都把 作为内容。这几乎成了九十年代教科书与旧版书籍的区别性标志。 是攻读学位的大学生、硕士生、博士生必须掌握的基本工具。在国际学术界 已经被确认为准确、可靠的科学计算标准软件。在许多国际一流学术刊物上 尤其是信息科学刊物 都可以看到 的应用。在设计研究单位和工业部门 被认作进行高效研究、开发的首选软件工具。如美国 公司信号测量、分析软件 公司信号和通信分析设计软件 或者直接建筑在之上 或者以 为主要支撑。又如 公司的 硬件 公司的 公司的各种硬卡、仪器等都接受 的支持。 硬件解调全光纤偏振 信号的解调方式之一是硬件解调 即使用电路解调。图 是解调电路示意图。扣研 解调电路示意图电路的核心是一个乘法器它将信号与参考波相乘 它的两个输入项分别为光电探测器获得的电信号 和频率与载波相同的参考波。乘法器的输出为 第四章全光纤偏振系统处理模块设计由于占“ 上式中的后两项相对第一项为高频项 在乘法器之后的低通滤波器将滤除它们 只留下第一项 从而将所需的信号解调出来。但在实际系统中由于产生载波的纵向扫描是由扫描延迟线的机械机构实现的 其频率不可能绝对恒定 会有微小的不稳定。如果使用外加参考波 就不能保证它与信号中的载波具有相同的频率 从而引入误差。为了解决参考波与信号波同频的问题 在电路中将信号波分成两路 分别作为乘法器的参考波和信号波输入 其输出结果为 经低通滤波获得墨尘 。电路中的乘法器选择的是公司的 。它的主要参数为 带宽 电压跟随速度 漂移电流 输入电压幅度 输出 为乘法器的两个输入端它在带宽、电压跟随速度等各方面很好地满足了电路的要求。 低通滤波器的性能仿真如图

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