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作者：付靖淇长春理工大学

学位级别：硕士

红外与可见光图像配准可以使两幅图像实现几何对齐,充分提取两幅图像的互补信息,从而广泛应用于军情侦察、视频监控、智能驾驶等领域。尽管近年红外与可见光图像配准技术在各个领域取得了很大的进展,但由于红外与可见光图像间成像分辨... 详细信息

红外与可见光图像配准可以使两幅图像实现几何对齐,充分提取两幅图像的互补信息,从而广泛应用于军情侦察、视频监控、智能驾驶等领域。尽管近年红外与可见光图像配准技术在各个领域取得了很大的进展,但由于红外与可见光图像间成像分辨率和像素灰度值的不确定性关系,如何得到提高两者的配准精度仍是一个技术难点,具有重要的研究价值。本文针对特征描述、特征匹配和几何变换参数估计对基于特征的红外与可见光图像配准进行研究,主要研究工作如下:(1)针对现有的特征描述符鲁棒性差以及红外与可见光图像的有效匹配比例偏低等问题,提出了一种基于CR＿SIFT与偏移一致性的多级匹配方法。该方法首先基于轮廓在红外与可见光图像间的相对稳定性,采用Canny算法获取各自的边缘轮廓图,并对轮廓图进行SIFT特征点检测和定位。然后引入质心法和同心圆为每个特征点构建各自的特征描述符。最后基于描述符的相似性和正确匹配点对间的偏移一致性增强对匹配点对集的约束,通过多级匹配去除明显的错误匹配,获得最终的正确匹配点对集合。(2)针对红外与可见光图像难以构建正确几何对应关系的问题,提出了一种基于多级匹配和高斯混合模型的配准方法。在通过多级匹配方法获得匹配点对集合的基础上,首先构建图像间的几何变换模型,利用高斯混合模型计算匹配点对的联合概率密度。然后利用贝叶斯准则和期望最大化算法迭代求解红外与可见光图像的几何变换模型参数。最后通过几何变换和线性插值完成红外与可见光图像的对齐与配准。实验结果表明,CR＿SIFT描述符在变化的场景中具有很好的鲁棒性,多级匹配方法获得的有效匹配数量明显增加。基于多级匹配和高斯混合模型的配准方法比其他几种先进的方法具有更高的性能,匹配精度能保持在90%左右,定位误差保持在1个像素左右,能够实现红外与可见光图像的亚像素级配准。

关键词：红外与可见光图像图像配准特征描述特征匹配高斯混合模型

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红外图像目标检测方法研究

红外图像目标检测方法研究

作者：崔紫薇长春理工大学

学位级别：硕士

红外图像目标检测技术由于其全天候工作的优势,在智能驾驶、智能监控等领域都具有非常广泛的应用。尽管红外图像目标检测技术已经取得了很大的进步,但由于行人目标的多样性以及复杂场景的影响,现有红外图像行人检测方法仍存在感兴趣区域... 详细信息

红外图像目标检测技术由于其全天候工作的优势,在智能驾驶、智能监控等领域都具有非常广泛的应用。尽管红外图像目标检测技术已经取得了很大的进步,但由于行人目标的多样性以及复杂场景的影响,现有红外图像行人检测方法仍存在感兴趣区域(Regions of Interest,ROIs)提取效果不好、单一特征无法准确地描述目标等问题。因此,红外图像行人目标检测技术仍然具有较大的提升空间,具有重要的研究意义。针对这些现有的问题,本文的主要研究工作如下:(1)针对感兴趣区域方法中阈值分割效果不佳、过分割以及目标定位产生大量冗余候选框等问题,提出了一种基于萤火虫算法的二维Otsu阈值分割和基于几何参数约束的连通区域标记相结合的感兴趣区域提取方法。该方法首先采用二维Otsu阈值分割对图像进行分割,在寻找最优阈值时,通过引入模拟退火因子的萤火虫算法对其进行优化,得到最精确的阈值。然后采用形态学的方式对分割后的图像进行处理。最后将处理后的图像采用基于几何参数约束的连通区域标记法进行候选框标记,得到感兴趣区域即包含行人目标的区域。(2)针对在不同场景下,单一特征无法准确描述目标以及检测率低的问题,提出了一种基于多特征融合的红外图像目标检测方法。首先,针对红外图像目标检测中的纹理丢失问题,采用基于距离加权的LBP特征,通过对邻域内各像素距中心像素的距离不同进行距离加权。针对红外目标检测中边缘提取能力不足问题,采用基于熵加权的局部放大HOG特征,先对HOG特征在Cell内的Bin通道进行局部放大,再对其以一个Block为单位进行熵加权。最后将两种改进的特征进行加权融合送入已经训练好的SVM分类器中进行分类,得到最终的检测结果。通过仿真对比实验,并进行主客观分析,验证了本文方法具有先进性、准确性和鲁棒性。针对感兴趣区域提取任务,本文所提出的ROIs提取方法,相比于其他方法,分割效果更好,目标定位更准确,并且降低了ROIs数量,提高了分割效率。针对目标检测任务,本文所提出的基于多特征融合的红外图像目标检测方法相比于其他方法具有较好的检测性能,在不同场景下的TPR值达到96%。

关键词：目标检测红外图像感兴趣区域提取阈值分割多特征融合

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基于非制冷型探测器的红外成像系统设计

基于非制冷型探测器的红外成像系统设计

作者：田永长春理工大学

学位级别：硕士

随着红外成像技术应用领域的扩展,单一波段红外成像系统已不能满足日益增长的目标检测能力的需求。如何在现有红外成像系统的硬件和软件技术基础上提高红外图像的质量成为了研究的焦点。目前,红外图像融合是提高红外图像质量有效方法,... 详细信息

随着红外成像技术应用领域的扩展,单一波段红外成像系统已不能满足日益增长的目标检测能力的需求。如何在现有红外成像系统的硬件和软件技术基础上提高红外图像的质量成为了研究的焦点。目前,红外图像融合是提高红外图像质量有效方法,成为了红外成像技术发展的新趋势,融合后的红外图像增强了对目标和场景的理解,提高了目标检测的精度。本文重点研究了非制冷型长波红外成像系统的搭建工作,并基于目前的发展趋势完成了图像配准融合方面的基础研究。非制冷型长波红外成像系统的设计主要分为总体结构设计和电子学单元设计。总体结构设计主要完成非制冷型长波红外成像系统前端光学系统的参数选取及非制冷型长波红外探测器的选取工作。电子学单元设计主要完成探测器的驱动电路设计和数据采集电路设计,主要研究工作如下:(1)完成非制冷型长波红外成像系统前端光学系统参数选取工作,设计光学模块实现了系统同步视场、同步调焦等功能,并通过仿真软件验证光学系统的优越性。(2)通过对国内外各大厂家的探测器产品进行资料分析,考虑探测器的灵敏度、有效像元率和性价比等方面的因素,最终完成对非制冷型长波红外探测器的选型。(3)完成探测器的驱动电路设计,非制冷型长波红外成像系统使用FPGA芯片为核心设计时序控制电路,采用温控芯片完成非制冷型长波红外成像系统的温度控制电路设计。(4)完成探测器的数据采集电路设计,使用FPGA芯片完成非制冷型长波红外成像系统信号处理等功能,采用模数转换芯片完成模数转换电路的设计,采用PCI协议完成数据的传输。在研究过程中,基于搭建的非制冷型长波红外成像系统,分析非制冷型长波红外成像系统产生噪声的原因,并针对非制冷型长波红外成像系统热噪声和1/f噪声分别提出抑制方法。提出一种最优化电压调整的实验方案,用于增强非制冷型长波红外成像系统拍摄图片的成像质量。基于搭建的非制冷型长波红外成像系统完成红外成像实验,并采用空间中不同位置相机拍摄共面点时的投影变换模型,完成红外与低照度可见光图像融合配准算法。研究表明,采用低温度系数的电阻与可调电阻并联方式搭建控制电路的匹配电阻能有效抑制非制冷型长波红外成像系统热噪声。采用低温度系数和高精度的DAC、电压跟随器和二阶低通滤波电路完成偏置电压设计能有效抑制非制冷型长波红外成像系统1/f噪声。当非制冷型长波红外成像系统使用最优电压调整方案选取的电压进行成像时,可使输出图像像素的动态范围最大,达到获得高质量红外图像的目的。通过红外成像实验和融合实验验证了非制冷型长波红外成像系统的优越性以及搭建的非制冷型长波红外成像系统能很好的完成图像融合工作。

关键词：非制冷型长波红外成像系统成像系统噪声抑制红外图像像素动态范围图像配准及融合

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半导体激光器的光1/f噪声检测技术研究

半导体激光器的光1/f噪声检测技术研究

作者：寇朋飞长春理工大学

学位级别：硕士

半导体激光器是以半导体材料作为光增益介质,完成相应激光工作的物理器件。目前已广泛应用于激光探测、雷达通信等方面,成为国防科工委研究的重点之一,常用的半导体物质包括Ga As(砷化镓)、In P(磷化铟)、Cd S(硫化镉)、Zn S(硫化锌)等... 详细信息

半导体激光器是以半导体材料作为光增益介质,完成相应激光工作的物理器件。目前已广泛应用于激光探测、雷达通信等方面,成为国防科工委研究的重点之一,常用的半导体物质包括Ga As(砷化镓)、In P(磷化铟)、Cd S(硫化镉)、Zn S(硫化锌)等。1/f噪声作为半导体器件中普遍存在的物理现象,是载流子内部的涨落现象,其特性与参数能够在一定程度上表征半导体器件的质量与性能好坏,较传统批量加速老化实验的可靠性评判方法有明显的优势。由于激光器是发光器件,较常规半导体器件具有光特性,因此在激光器中对光1/f噪声特性研究具有重要意义。针对上述问题,本文提出搭建一套基于分立元件的光1/f噪声测量系统,并通过噪声检测算法加以验证。论文的主要内容包括以下两点:基于半导体激光器1/f噪声基本特性,本文建立了双通道前置放大器互谱测量的半导体激光器光1/f噪声测量系统。该测量系统由偏置模块、光电探测模块、滤波模块、低噪声放大模块、数据采集部分以及屏蔽部分构成。偏置电路为待测激光器提供连续可变的偏置电流,使激光器达到发光阈值,处于发光状态;光电探测器将从光纤接收处激光器传入的光信号转为电信号;滤波器抑制电磁干扰信号进而改善精度;因低频电流噪声低至p A/Hz级,为保证数据采集卡正常工作,使用前置放大器将光电探测器转换后的电流信号转化成电压信号,并进行放大,通过数据采集卡将数据上传至计算机,存储并分析。基于该低频噪声测量系统,文中设计测量方案对半导体激光器的光1/f噪声检测技术进行了验证,测量出光1/f低频噪声功率谱密度曲线。对功率谱密度曲线进行分析可知,在0-600 Hz内,低频噪声功率谱密度随频率的升高而降低。同时利用基于最优预测变量阈值法对系统采集数据进行检测,在强白噪声环境中利用小波变换进行去噪处理,其功率谱密度曲线严格遵守1/f噪声变化规律。可见本文中所设计的系统能够实现对980 nm波长半导体激光器1/f低频噪声数据的准确测量,为进一步研究低频噪声与半导体激光器可靠性的联系提供了实验支撑。

关键词：光1/f噪声半导体激光器光电探测器偏置电路前置放大器

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微光瞄准镜检测设备中关键技术研究

微光瞄准镜检测设备中关键技术研究

作者：孙权长春理工大学

学位级别：硕士

科学技术水平不仅是衡量国防现代化程度的主要标志,更是影响军队战斗力的重要因素。面对全天候立体化作战需求,微光瞄准镜已成为夜间作战的主要设备,因而对该类设备使用前的检测和评估具有重要的研究意义。微光瞄准镜检测设备主要由温... 详细信息

科学技术水平不仅是衡量国防现代化程度的主要标志,更是影响军队战斗力的重要因素。面对全天候立体化作战需求,微光瞄准镜已成为夜间作战的主要设备,因而对该类设备使用前的检测和评估具有重要的研究意义。微光瞄准镜检测设备主要由温度应力用源、微光应力源、振动应力源、电应力源等组成。其中微光应力源是为微光瞄准镜的检测提供模拟夜间光环境;电应力源则是为微光瞄准镜的检测提供模拟不同环境下的电源供电。本文主要针对检测设备中的微光应力和电应力两项关键技术进行研究。微光应力源研究模拟不同条件下的夜间光环境。通过对夜间光环境的分析确定光照度参数标定,选用合适的驱动电路驱动光源,通过光电转换电路实现光照度检测,并采用可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)控制不同光照度的切换。电应力系统主要以FPGA为控制核心,设计电压控制电路。通过采集电路将输出电压送入FPGA,再使用数字滤波与积分分离PID的稳压控制算法实现自动闭环稳压。以往的微光应力源系统和电应力源系统是分别控制的,本文创新性的通过FPGA编程实现微光应力源和电应力源的集成控制,提高了系统的稳定性和集成性。实验测试结果表明,系统可提供光照度为1×10lx±10%、1×10lx±10%、1×10lx±10%、1×10lx±10%的四种微光环境,且可自由切换。四路电应力的输出电压可在1-24V的范围内可调,分辨率为25mV;输出电流≥1A;纹波电压<3mV。满足微光瞄准镜检测的标准,且系统具有良好的准确性和稳定性。

关键词：微光瞄准镜微光应力电应力稳压控制 FPGA

基于动作识别的肢体康复训练远程监测系统的设计

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基于动作识别的肢体康复训练远程监测系统的设计

作者：胡文韬长春理工大学

学位级别：硕士

随着现代社会老龄化速度的加快,需要肢体康复训练的患者人数在逐年增多。现代神经康复医学和医生临床试验研究结果表明,患者通过科学的康复训练可以逐步恢复肢体运动功能。患者在整个康复训练过程中,医生需要对患者的身体状态和训练效... 详细信息

随着现代社会老龄化速度的加快,需要肢体康复训练的患者人数在逐年增多。现代神经康复医学和医生临床试验研究结果表明,患者通过科学的康复训练可以逐步恢复肢体运动功能。患者在整个康复训练过程中,医生需要对患者的身体状态和训练效果进行实时监测和评价,从而对患者的康复治疗方案作出及时的调整。因此,本文研究和设计了基于动作识别的肢体康复训练远程监测系统。通过对比近几年国内外研究现状,针对康复训练的研究,仍存在几个技术问题亟待解决。首先,康复机器体积大、结构复杂、价格高昂,普通家庭根本无力承担;其次,康复医生少,效率低;此外,还有需要特定的康复训练场合等问题。基于上述所存在问题,利用远程监测系统代替传统康复机器方面的研究工作在持续开展。远程监测系统的研究不仅可以解决康复中心场地匮乏的现状,同时可以帮助康复医生针对各个老年人制定康复训练计划,提高医治效率。首先,根据康复训练远程监测系统的特点,本文提出一种简洁的、低成本的基于动作识别的肢体康复训练远程监测系统。根据患者运动的周期性状态及其特点,将数据采集系统安装在人体较为方便的部位,并对采集到的相关数据采用小波变换法进行处理,从大量数据中提取出运动的特征信号。其次,根据上述监测系统特点,对系统所采用主要技术进行研究,并对所采集的信号进行了时域上的分析,确定了系统核心算法为小波包特征提取及支持向量机分类的方法,为系统提供了理论基础。将识别的特征向量传递给支持向量机进行数据分析和分类,以此作为判断目标动作类别的依据,并将动作类别和能量特征向量传递给上位机系统。最后,设计了一套肢体康复训练远程监测系统,此系统的主要由两部分组成:一是信号采集部分,二是上位机系统。信号采集部分由三轴陀螺仪、数据传输模块、三轴加速计和单片机最小系统组成,这些模块组合起来完成动作信号的采集和传输功能;上位机系统从虚拟仪器的角度进行分析与实践,实现对相关信号的存储、相关算法的应用、以及相关的数据处理等功能。本文所提出的基于动作识别的肢体康复训练远程监测系统成功解决了训练场地有限、康复训练医生数量少和单次指导康复训练人员效率低的问题。因此,该系统对肢体康复训练具有较高的实际应用价值。

关键词：肢体训练小波变换支持向量机动作识别虚拟仪器

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脉冲光纤激光器差分多脉冲位置调制技术研究

脉冲光纤激光器差分多脉冲位置调制技术研究

作者：高卓长春理工大学

学位级别：硕士

随着人类对宇宙空间的不断探索,各类探测器海量的数据传回地面。空间光通信技术凭借大带宽、高速率和保密性好的优点得到越来越多的研究。脉冲位置调制(Pulse Position Modulation,PPM)技术具有调制效率高、传输效率好和抗干扰性强等显... 详细信息

随着人类对宇宙空间的不断探索,各类探测器海量的数据传回地面。空间光通信技术凭借大带宽、高速率和保密性好的优点得到越来越多的研究。脉冲位置调制(Pulse Position Modulation,PPM)技术具有调制效率高、传输效率好和抗干扰性强等显著优点,使其成为目前空间光通信系统中使用最广泛的调制方式。结合空间光通信技术特点,对光通信调制技术进行分析,综合差分脉冲位置调制(Different Pulse Position Modulation,DPPM)和多脉冲位置调制(Multi Pulse Position Modulation,MPPM)的优缺点,提出新型的脉冲位置调制技术即差分多脉冲位置调制技术(Differential Multi Pulse Position Modulation,DMPPM)。分析DMPPM调制原理,研究DMPPM映射方法及空间信号位置。对DMPPM调制特性进行理论分析和仿真实验,与三种PPM调制方式进行对比,得出DMPPM调制在平均时隙数、带宽利用率、平均功率和峰值功率等方面具有明显的优势。研究DMPPM调制技术对光纤激光器特性的影响,对DMPPM信息帧中的保护时段、激光脉冲宽度以及调制位数等进行分析,同时分析激光器的参数对DMPPM传输速率的影响,表明DMPPM可以提高激光器的重复频率从而进行高传输速率传输信息。搭建DMPPM调制系统,产生DMPPM调制信号,通过调整激光器平台抽运电流、输出镜透过率和腔长的数值变化,得出传输速率和带宽随抽运电流增大而增大,随腔长增大而减小,随输出镜透过率增大而减小。并通过示波器观察到DMPPM调制信号波形。数据说明基于光纤激光器的DMPPM方式能提高深空通信系统的传输速率,并能保证通信系统良好的可靠性。

关键词：空间光通信光纤激光器 PPM DMPPM

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无线传感器网络覆盖与路由优化研究

无线传感器网络覆盖与路由优化研究

作者：缪瑞新长春理工大学

学位级别：硕士

无线传感器技术作为未来主导信息技术变革的四项技术之一,对人类社会有着重要的作用。无线传感器网络（Wireless Sensor Network,WSN）通常由密集部署的传感器节点组成,这些节点依靠电池提供能量。大量文献对WSN的路由和覆盖分别进行了... 详细信息

无线传感器技术作为未来主导信息技术变革的四项技术之一,对人类社会有着重要的作用。无线传感器网络（Wireless Sensor Network,WSN）通常由密集部署的传感器节点组成,这些节点依靠电池提供能量。大量文献对WSN的路由和覆盖分别进行了分析和算法设计。然而,路由和覆盖作为WSN最重要的两项功能缺乏总体的讨论分析。本文着力于结合路由和覆盖对WSN整体性能进行分析评估,并加入移动Sink节点优化WSN的整体性能。首先分别对WSN覆盖和路由两项重要功能进行算法分析设计。WSN覆盖功能负责监测目标区域,采集感知区域内的环境信息。本文基于Delaunay三角剖分计算节点感知半径完成静态覆盖,并加入少量移动节点,通过所提低全局性粒子群算法快速估算移动节点位置,实现覆盖率最大化。在WSN的路由方面,提出一种基于不规则元胞自动机的路由规划算法,该算法分为路由预选择和数据传输两个阶段。在路由预选择阶段将剩余能量因子作为权重计算初始路径,以均衡能量消耗延长网络生命周期,在数据传输阶段将节点预选择状态作为权重进行路径重规划,以降低网络时延,缓解网络堵塞,并提出睡眠机制减少不必要的能量消耗。根据上述WSN覆盖和路由分析,结合两者特性提出WSN基础性能评价因子,以评估WSN的性能优劣,并加入移动Sink节点优化WSN性能。论文提出Sink节点位置评估因子计算Sink节点最佳位置,并采用上述覆盖和路由算法进行仿真。仿真结果表明,所提路由算法网络能耗较少,网络时延较短,所提覆盖算法覆盖率较高。WSN基础性能评价因子能够初步评价WSN整体性能优劣,Sink节点位置评估因子能够快速估算最佳Sink节点位置。

关键词：无线传感器网络路由覆盖 WSN评估移动Sink节点

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红外成像系统中图像增强算法研究

红外成像系统中图像增强算法研究

作者：魏然然长春理工大学

学位级别：硕士

随着红外成像技术的迅猛发展,红外成像系统被广泛应用于军事、工业和民用等领域。由于红外成像系统外部环境和器件性能等因素的影响,红外图像呈现出边缘细节不突出、对比度低、人眼视觉效果不清晰等问题,这些问题不利于后续的目标识别... 详细信息

随着红外成像技术的迅猛发展,红外成像系统被广泛应用于军事、工业和民用等领域。由于红外成像系统外部环境和器件性能等因素的影响,红外图像呈现出边缘细节不突出、对比度低、人眼视觉效果不清晰等问题,这些问题不利于后续的目标识别和检测等高级处理。因此为了提高红外图像质量,对红外图像增强算法进行研究显得十分重要。本文通过对传统红外图像增强算法进行研究,提出了两种改进算法。其主要研究工作如下:首先,通过大量文献的查阅,对红外图像增强算法研究现状进行总结;接着从红外图像基本特征出发,分析比较传统增强算法的优缺点;此外,在目前技术水平和现实应用的基础上,指出了将来红外图像增强算法的研究方向。然后,针对传统反锐化掩模算法的不足,提出了一种基于改进反锐化掩模的红外图像增强算法。首先对原始红外图像进行预处理;接着使用自适应双边滤波器代替传统的高斯滤波器,同时在该滤波器的基础上加上自适应边缘补偿技术进行边缘细节补偿;然后对分层得到的细节层进行自适应增益处理,对基础层进行自适应平台直方图均衡化处理;最后将处理后的基础层和细节层进行合并,获得红外增强图像。该改进算法可以对红外图像中的噪声进行很好的抑制,提高红外图像对比度和亮度,丰富边缘细节信息,解决了传统反锐化掩模算法进行红外图像增强时出现的噪声放大、强边缘被过度平滑或锐化等问题。最后,针对传统多尺度Retinex算法的不足,结合人眼视觉特性,提出了一种改进多尺度Retinex的红外图像增强算法。首先对传统的多尺度Retinex算法进行改进,将传统多尺度Retinex算法中的高斯滤波器使用自适应的引导滤波器代替,同时利用该滤波器中的最优尺度参数来自适应的计算多尺度Retinex算法的最终权值,使得该算法具有自适应性;然后对该算法得到的光照分量进行加权直方图处理,对反射分量先进行自适应S曲线处理再结合人眼视觉特性进一步进行增强处理;最后通过乘法运算合并光照分量和反射分量得到增强后的红外图像。该改进算法有效的增强了红外图像中的细节信息和对比度,提高了红外图像清晰度,解决了传统多尺度Retinex算法进行红外图像增强时出现的对比度低、局部光晕以及人眼视觉效果差等问题。本文通过实验室搭建的红外成像系统采集室内外红外图像,对以上两种改进算法分别进行多场景不同算法的仿真对比实验。实验结果表明:本文改进算法无论在主观视觉评价还是在客观定量评价中都有一定的优势,增强后的红外图像拥有更丰富的细节信息,更高的对比度,更清晰的人眼视觉感受。

关键词：红外图像图像增强反锐化掩模多尺度Retinex 人眼视觉

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铒镱共掺大功率光纤放大器性能优化技术研究

铒镱共掺大功率光纤放大器性能优化技术研究

作者：黄佰良长春理工大学

学位级别：硕士

随着人类社会对通信需求的日益增长,信息交互技术变得越来越重要。传统通信网络中以电信号为主的通信技术已逐渐被淘汰,取而代之的是以激光信号为主要方式的光纤通信网络,其具有保密性高、抗干扰性强、信息传输质量好等优点,具有广泛的... 详细信息

随着人类社会对通信需求的日益增长,信息交互技术变得越来越重要。传统通信网络中以电信号为主的通信技术已逐渐被淘汰,取而代之的是以激光信号为主要方式的光纤通信网络,其具有保密性高、抗干扰性强、信息传输质量好等优点,具有广泛的应用前景和市场价值。但人们发现随着通信距离的增加,激光信号在传输的过程中会出现功率衰减甚至截止失真的问题,光放大器的发明及应用,轻松地解决了以上难题。然而在现阶段的光纤通信网络发展中,为提升用户对于网络带宽的需求,及增加整体网络通信容量,传统光纤放大器暴露出提升输出功率难、输出噪声高、增益平坦度差的问题。本文根据铒镱共掺光纤放大器的结构特点,开展多点泵浦技术及增益平坦技术研究,从理论和实验两方面对高功率光纤放大器进行优化设计,主要工作如下:1)针对提升光纤放大器输出功率的问题,本文通过对泵浦技术的综合分析对比,提出多点侧面熔锥泵浦耦合技术,并对此结构的泵浦耦合效率进行测量和分析。利用Optisystem光学设计软件,对多点侧面泵浦式铒镱共掺光纤放大器进行仿真实验,并根据仿真数据对该技术进行优化和完善。2)提高泵浦源稳定性,从而降低光纤放大器输出噪声。本文对泵浦激光器的驱动控制系统进行设计,采用电流反馈及功率反馈相结合的方法稳定泵浦源的输出。分别采用DHM905芯片和ADN8830芯片对恒流源及温度控制单元进行电路设计,并在设计中加入对泵浦激光器的保护电路。3)针对光纤放大器输出增益平坦度差的问题,本文分析对比了两类实现增益平坦的典型方法,对基于保偏光纤环形镜结构的增益平坦技术开展研究。研究分析光纤环形镜的滤波特性及原理,利用matlab软件对光纤环形镜结构中的保偏光纤及偏振控制器状态进行参数优化,设计出针对本文光纤放大器的增益平坦滤波器。4)对整体光纤放大器进行结构搭建,在输入信号光功率1m W,泵浦总功率14W的情况下,放大器获得36.7d B的增益,输出功率4.68W,在波长1534nm-1560nm范围内整体输出增益平坦度均控制在±1.3d B以内。

关键词：光纤通信多点泵浦增益平坦滤波泵浦效率大功率输出