基于数字全息技术的光子晶体光纤轴向角定位

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光子晶体光纤的优良光传输特性,使得光子晶体光纤在传感器件制作方面有着广泛的应用。其轴向角的确定对光子晶体光纤制作研究,工业生产都有着十分重要的指导意义。而数字全息技术是一种高分辨率、实时、无接触的成像技术。在形貌测量、生物医学方面有着重要的应用。  本文基于数字全息技术,对光子晶体光纤、全固态光子晶体光纤的轴向角定位进行了理论分析与实验研究,主要的工作有:  1.详细阐述了数字全息技术的成像原理,数字全息图的数字记录,数值再现等基本理论,包括数字记录的条件以及数值重构所涉及到的三种重构方法。对比了菲涅尔重构法,卷积重构法以及角谱重构法这三种方法运算速度的快慢,再现像距离的影响。使用角谱重构法来实现物光波的再现。通过最小二乘法对重构像进行相位解包裹;通过相位相减法对解包裹相位进行校正,消除像场的弯曲及噪声的干扰,从而得到物光波再现像的真实相位。  2.通过MATLAB编写仿真模拟程序,模拟了平行光入射到光子晶体光纤之后,由于光子晶体光纤内部折射率分布造成的波前形变,通过计算光程差得到物光波的相位分布图,并仿真产生离轴全息图像。使用仿真的离轴全息图像,进行角谱法重构相位分布,提出使用全息图的傅里叶变换图像进行光子晶体光纤定轴,理论上证明使用傅里叶变换图像特征值法可以实现光子晶体光纤的定轴,定轴精度小于1°。  3.搭建了实验所用的马赫曾德透射式离轴全息干涉成像系统,利用负压装置成功将折射率匹配液充入光纤中,并对折射率匹配液的选用进行了分析。拍摄得到数字全息图,进行了物光波再现像的角谱法重构,相位解包裹,相位校正,得到光子晶体光纤实际的相位分布。实验数据与理论数据相对比,确定出光子晶体光纤轴向角的位置。基于数字全息技术定轴的方法实验精度为1°。  4.基于数字全息技术定轴光子晶体光纤的可行性,提出利用数字全息技术来进行全固态光子晶体光纤的轴向角定位。文章中提供了数字全息技术定轴全固态光子晶体光纤的仿真模拟分析,通过仿真找到全固光子晶体光纤轴向角的相位分布,为实际实验的进行提供了预期的支撑。同时拍摄得到部分全固态光纤的全息图。
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