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基于机器视觉的光纤端面几何参数测量研究

计量学报 2023年第2期44卷 165-170页

作者：金柯陈晓荣上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093

研究了一种基于机器视觉的光纤几何参数测量方法。该方法运用数字图像处理算法,首先,读取光纤端面图片,采用Deriche边缘检测算法进行图像分割;然后,利用去伪边缘算法完成对有效边缘的提取及合并;最后,进行曲线拟合,完成对光纤端面几何... 详细信息

研究了一种基于机器视觉的光纤几何参数测量方法。该方法运用数字图像处理算法,首先,读取光纤端面图片,采用Deriche边缘检测算法进行图像分割;然后,利用去伪边缘算法完成对有效边缘的提取及合并;最后,进行曲线拟合,完成对光纤端面几何参数的测量。实验结果表明:该方法操作简便,算法复杂度低,光纤端面边缘拟合精确度较高,数据检测速度快,可以精确高效地检测出光纤端面几何参数的数据,对涂覆层直径的重复测量精度可达0.021μm,涂覆层圆度重复测量精度可达0.043%。

关键词：计量学几何参数光纤端面机器视觉 Deriche边缘检测图像处理去伪边缘曲线拟合

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光纤端面反射对高功率光纤放大器特性的影响

强激光与粒子束 2008年第12期20卷 1997-2000页

作者：陈爽王玲冯莹国防科学技术大学光电科学与工程学院长沙410073

从光纤端面研抛工艺的技术特点出发,计算了端面倾角和反射率的关系,估算了斜面研抛后端面反射率的大小。在掺Yb3+双包层光纤放大器理论模型的基础上,数值模拟了常规研抛角度误差造成的端面反射率对放大器输出特性的影响。计算结果表明:... 详细信息

从光纤端面研抛工艺的技术特点出发,计算了端面倾角和反射率的关系,估算了斜面研抛后端面反射率的大小。在掺Yb3+双包层光纤放大器理论模型的基础上,数值模拟了常规研抛角度误差造成的端面反射率对放大器输出特性的影响。计算结果表明:端面反射导致系统内出现严重放大的自发辐射和自激现象,减小光纤两个端面的反射率是最有效的抑制方法,同时,增大入射信号激光功率也可以抑制自激,提高输出信号光功率和信噪比。

关键词：激光技术光纤端面数值模拟高功率光纤放大器反射率信号光

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光纤端面的断裂机理及制备方法

光学精密工程 2010年第11期18卷 2362-2368页

作者：李殿军李世明孟范江中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室吉林长春130033

为从理论和试验两个方面解决光纤端面制备问题,根据固体断裂力学原理,分析和讨论了脆性均匀固体物质的断裂过程,得到了圆柱形物质在某一点的断裂路径具有在裂纹发展方向上的稳定性和唯一性的结论,并据此提出了一种简便的制备光纤端面的... 详细信息

为从理论和试验两个方面解决光纤端面制备问题,根据固体断裂力学原理,分析和讨论了脆性均匀固体物质的断裂过程,得到了圆柱形物质在某一点的断裂路径具有在裂纹发展方向上的稳定性和唯一性的结论,并据此提出了一种简便的制备光纤端面的设想。根据该设想,设计了一个光纤切割装置并进行了光纤端面制备的试验。在试验过程中,分别对光纤芯径为0.2,0.3,0.6,0.8,1mm的光纤端面进行了切割,并应用读数显微镜和可见激光传输光束显示等技术手段测试了制备的光纤端面的光学质量。实验结果显示,制备的光纤端面质量完全满足实际应用的要求,质量完好的概率达到100%。

关键词：格里菲斯裂纹光纤端面光纤切割固体断裂

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光纤端面Nd:YAG激光诱导损伤分析

光学学报 2009年第4期29卷 923-926页

作者：赵兴海高杨苏伟程永生中国工程物理研究院电子工程研究所四川绵阳621900

采用Nd:YAG激光对全石英多模光纤进行激光诱导损伤实验,结果全部为光纤端面损伤,主要是由光纤端面的杂质缺陷引起的。通过对激光损伤形貌的分析,明确光纤端面损伤机理。采用Matlab对光纤损伤端面进行图像处理,获得光纤端面损伤点的大小... 详细信息

采用Nd:YAG激光对全石英多模光纤进行激光诱导损伤实验,结果全部为光纤端面损伤,主要是由光纤端面的杂质缺陷引起的。通过对激光损伤形貌的分析,明确光纤端面损伤机理。采用Matlab对光纤损伤端面进行图像处理,获得光纤端面损伤点的大小、出现频率和位置分布的统计特性。通过分析发现,光纤端面损伤点位置分布服从一定的规律,光纤前端面和后端面不同;光纤端面不同大小损伤点出现频率服从高斯分布;注入激光特性参数决定光纤前端面损伤特性,光纤传能特性以及光纤端面质量决定其后端面损伤特性。

关键词：物理光学激光损伤光纤端面损伤形貌图像处理统计分布

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光纤端面宽带减反射膜制备

光电子．激光 2014年第4期25卷 687-691页

作者：高婷曲轶郑晓刚李再金长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室吉林长春130022

为了提高高功率半导体激光器光纤耦合系统中光纤的透过率以及耦合效率，通过高精密研磨抛光技术处理光纤端面，选取高激光损伤阈值薄膜材料，优化膜系结构，采用直接光控技术和离子辅助沉积法，成功地在光纤芯直径为100um的多模光纤（MM... 详细信息

为了提高高功率半导体激光器光纤耦合系统中光纤的透过率以及耦合效率，通过高精密研磨抛光技术处理光纤端面，选取高激光损伤阈值薄膜材料，优化膜系结构，采用直接光控技术和离子辅助沉积法，成功地在光纤芯直径为100um的多模光纤（MMF）端面上镀制了宽带减反射膜。测试结果表明，在900-1100nm波段光纤双端面光损耗降低6％，总透射率达到99．2％，有效提高了光纤耦合系统中光纤耦合效率。

关键词：半导体激光器光纤端面增透膜直接光控技术

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光纤端面集成金属光子结构传感器

激光与光电子学进展 2017年第2期54卷 1-11页

作者：刘飞飞张新平北京工业大学应用数理学院信息光电子技术研究所北京100124

综述了近年来基于光纤端面集成金属光子结构传感器的发展状况。按照等离激元共振方式和传感器探测原理的不同,将其分为基于表面等离激元共振(SPR)的光纤传感器、基于局域化表面等离激元共振(LSPR)的光纤传感器、基于杂化型等离激元的光... 详细信息

综述了近年来基于光纤端面集成金属光子结构传感器的发展状况。按照等离激元共振方式和传感器探测原理的不同,将其分为基于表面等离激元共振(SPR)的光纤传感器、基于局域化表面等离激元共振(LSPR)的光纤传感器、基于杂化型等离激元的光纤传感器以及基于表面增强拉曼散射(SERS)效应的光纤传感器。对各类传感器的制备方法、光物理学原理及探测性能进行了概括、对比和总结。

关键词：光纤光学金属光子晶体光纤端面集成化传感器表面等离激元共振局域化表面等离激元共振表面增强拉曼散射

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石英光纤端面的化学机械抛光实验研究

摩擦学学报 2008年第1期28卷 11-17页

作者：顾欣张晨辉雒建斌路新春清华大学摩擦学国家重点实验室北京100084

将化学机械抛光（CMP）技术引入光纤端面的加工过程并设计其抛光工艺，探讨了抛光垫和抛光液的类型、浓度及抛光压力、抛光盘的转速及抛光液的流速等参数对抛光性能的影响，设定了两步抛光的优选工艺．结果表明：在颗粒浓度为1％～2％... 详细信息

将化学机械抛光（CMP）技术引入光纤端面的加工过程并设计其抛光工艺，探讨了抛光垫和抛光液的类型、浓度及抛光压力、抛光盘的转速及抛光液的流速等参数对抛光性能的影响，设定了两步抛光的优选工艺．结果表明：在颗粒浓度为1％～2％，抛光液流速为100～150mL／min，压力小于20．64kPa，抛光盘转速90r／min的条件下，可以得到较高的材料去除率和良好的抛光表面质量，其表面粗糙度Ra值可达0．326nm．

关键词：光纤端面光纤激光器化学机械抛光(CMP)

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光纤端面微纳谐振结构的制备与研究

光纤端面微纳谐振结构的制备与研究

作者：贾向杰武汉理工大学

学位级别：硕士

光纤端面横截面积小、纵横比大,是一个独特的非常规微纳器件集成平台。随着纳米加工工艺技术的发展和进步,在光纤上制备微纳光学器件,发展更为先进的全光纤技术,能够在光学滤波和光学传感等多个领域实现巨大的价值。本论文总结了光纤微... 详细信息

光纤端面横截面积小、纵横比大,是一个独特的非常规微纳器件集成平台。随着纳米加工工艺技术的发展和进步,在光纤上制备微纳光学器件,发展更为先进的全光纤技术,能够在光学滤波和光学传感等多个领域实现巨大的价值。本论文总结了光纤微纳结构的发展现状,着重介绍了基于光纤端面微纳结构的应用,并对比了光纤端面微纳结构的加工工艺,为本文中微纳谐振腔和传感单元的实现提供基础。本论文在光纤端面上制备金属光栅,并与金属薄膜结合,实现二者间距为微米和百纳米的微、纳谐振腔结构。论文中详细讨论了不同谐振模式的形成机理,设计了谐振结构的参数与制备方案,测量了谐振结构的光谱特性和温度传感特性。论文的主要工作包括:首先,本论文利用光学仿真软件FDTD Solutions,计算了光纤端面金光栅与金薄膜在不同间距时反射光谱的变化,通过观察反射谱峰值处的电场分布情况,研究不同谐振模式随介质层厚度变化的关系,并对不同谐振模式的形成机理进行解释。此外,论文还针对纳米谐振腔,分析了金光栅的宽度、周期及厚度,中间介质层薄膜折射率和金反射薄膜厚度的变化对其光谱特性的影响,仿真计算获得了纳米谐振腔对腔内介质折射率和腔长的灵敏度,为纳米谐振腔结构的实现和应用提供了理论基础。其次,对光纤端面进行了研磨抛光处理,利用磁控溅射技术和聚焦离子束刻蚀技术在光纤端面制备出金光栅结构。然后,通过微位移平台实现光纤端面金光栅和金反射薄膜间距的精确控制,实现了间距可调的微米谐振腔。为了实现纳米谐振结构,制备了PMMA/金的复合薄膜,并通过湿法将其转移至刻有金属光栅的光纤端面上,该方法能通过调节PMMA膜层的厚度来调节谐振腔的光学响应。最后,针对光纤端面的微纳谐振腔结构,搭建了其反射光谱的测试系统,观测了微米谐振腔的反射光谱随腔长的变化关系,并测试了纳米谐振腔的反射光谱。针对纳米谐振腔,搭建了温度传感测试系统,结果表明,制备获得不同谐振腔厚度的敏感单元能实现对温度的传感,其中一个纳米谐振腔的温度灵敏度为-126.2 pm/℃,另一个纳米谐振腔的温度灵敏度为-144.8 pm/℃。

关键词：光纤端面金属光栅微纳谐振腔光纤传感

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光纤端面集成微纳结构器件的设计和研究

光纤端面集成微纳结构器件的设计和研究

作者：黄鹏哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

本文基于对光纤端面微纳结构器件的研究,设计了两种纤端亚波长微纳结构器件,一种是在多模光纤端面设计了金膜纳米孔阵列结构的局域表面等离激元共振光纤传感器,另一种是焦距可调的全介质超表面透镜,分别用于传感器和光束整形器,论文详... 详细信息

本文基于对光纤端面微纳结构器件的研究,设计了两种纤端亚波长微纳结构器件,一种是在多模光纤端面设计了金膜纳米孔阵列结构的局域表面等离激元共振光纤传感器,另一种是焦距可调的全介质超表面透镜,分别用于传感器和光束整形器,论文详细研究了器件的设计优化和器件性能特性。论文首先对这两类纤端器件的特点和研究进展进行了总结,分别举例对器件功能的实现过程作了分析,随后介绍了器件具体涉及到的理论原理和现象解释,讨论了材料内在性质对器件性能的影响,为器件的设计和优化打下基础。论文工作具体如下:1.金膜纳米孔阵列结构的局域表面等离激元共振光纤传感器。基于金膜纳米孔阵列结构的局域等离激元光纤传感器通过激发六边形周期金属纳米孔之间的光学异常透射现象得到透射光谱中对周围介质折射率敏感的透射信号峰来实现无标记传感。论文对金膜纳米孔阵列的设计和向光纤端面的转移方法进行了详细介绍,通过此方法可以实现高效、低成本的纤端微纳结构的制备。分别对入射光垂直入射和斜入射情况下传感器的透射谱进行了仿真和实验的分析对比,对传感器的传感特性以及物理机理进行了深入的研究,得到了所设计的角度调制局域表面等离激元共振光纤传感器的最佳调制角度为7°,此时仿真的传感器灵敏度和FOM值分别达到了576 nm/RIU和32。论文还对其他入射斜角和入射方位角下的传感器性能进行了研究,证明利用设计的纤端微纳结构可以得到简易、稳定、高性能的光纤传感器。2.基于全介质超表面的纤端可调焦透镜。主要基于超表面相位传输原理对入射光波相位进行调制,使其满足聚焦所需特定相位分布以实现接近衍射极限的聚焦。论文根据多模光纤纤芯尺寸对透镜结构进行设计,通过数值分析对谐振单元的高度、宽度和占空比等几何参数进行优化后实现了2π范围内的相位延迟,利用FDTD仿真软件计算得到的透镜焦距在310μm附近,与设计的焦距一致,聚焦光斑接近透镜衍射极限。在此基础上利用了非晶硅材料的热光效应对透镜焦距调谐性能进行了研究,证明所设计的纤端全介质超表面透镜在309μm到407μm的调焦范围内仍然具备较好的聚焦效果。

关键词：光纤端面微纳结构器件局域表面等离激元共振传感超表面透镜