随着光谱检测的重要性与日俱增，对高性能光谱仪的研究显得尤为重要和紧迫。提出一种基于平面光波导的二维光谱色散系统，它集合了平面波导微型化和光栅高色散的优点，能够将光谱在二维平面上展开。通过仿真发现，所提系统能够实现光谱在二维方向上展宽，带宽远远大于基于虚像相位阵列（VIPA）的二维色散系统。此外，所提系统的体积较小，更易于集成。

基于受激布里渊散射(SBS)效应的微波光子滤波器(MPF)不仅具有低阈值和高增益等优点, 而且具有可重构和可调谐的特性, 这些特点使得该滤波器引起了业内人士的广泛关注。文章通过对基于SBS的MPF的研究, 得到滤波器通带的规律, 带宽较大且通带较为平坦。用相位调制器(PM)与SBS效应相结合, 通过改变泵浦支路输入光梳的个数和频率间隔, 可以改变布里渊增益谱的带宽, 从而改变滤波器的通带带宽和形状, 即可实现滤波器带宽的可重构性。通过改变泵浦支路输入正弦信号的幅度就可以改变光梳的形状, 随之改变布里渊增益谱和滤波器的平坦度。文章使用仿真软件Optisystem与Matlab联合仿真并分析, 得到基于SBS效应形成MPF的规律和调谐方法。

随着光纤通信和光网络技术的快速发展, 产生和控制色散在许多光学应用中都非常重要。着重介绍了3种产生色散的新型方法的原理、近期发展情况和优缺点, 包括基于模式色散的色散系统、基于电子诱导透明的色散系统和基于实时傅里叶变换的等效色散系统;分析了目前产生色散技术所普遍存在的困难, 对其发展趋势进行了展望, 同时探讨了不同产生色散的技术在光信息处理技术的应用前景。

相比于传统振动传感器,光纤光栅传感器具有响应快、带宽宽的优点,其中的解调部分是影响整体检测速率的一个关键因素。使用光纤光栅传感器可以对物体的振动进行检测,本文通过将一组光纤光栅固定在一根空芯铁管上,对铁管进行敲击实现振动环境的模拟。作为对比,解调部分分别使用bayspec的光纤光栅解调模块和研制的基于宽带锯齿形滤波器的光纤光栅解调器,以解调出振动信号,并对结果进行分析。两者都可检测出振动的幅度,但基于宽带锯齿形滤波器的光纤光栅解调器的响应频率可达200 kHz, 能实现高速振动信号的检测。

为了提高光纤弯曲传感器的灵敏度, 增大线性范围, 降低成本, 本文提出一种基于深度神经网络分类塑料光纤弯曲角度及方向的方法。使用进行侧抛增敏处理的塑料光纤, 在光纤输出端采集不同弯曲角度的散斑图。制作了包含五类弯曲角度的数据集一以及包含七类弯曲角度的数据集二, 在预处理图像数据之后, 利用多层卷积神经网络对散斑图像进行卷积和池化处理, 得到散斑图像的特征图, softmax分类器用来得到分类准确率, 最后对两种不同卷积神经网络模型的分类效果进行对比。结果显示: 数据集一光纤弯曲的角度间隔为5°时分类准确率达到了96%, 理论和实际分析结果表明该方案识别率较高, 基于该方法有望实现一种简单、高效的光纤弯曲传感器。

搭建实验平台,把26个字母的图像传入光纤,并在输出端采集散斑图。把散斑图展开到HSV色彩空间中,单使用V分量进行分类能达到不错的分类准确率,且能缩减训练时长。在预处理后,分别使用具有不同层数卷积结构的神经网络、卷积神经网络和支持向量机(CNN+SVM)算法、SVM算法对散斑图进行分类。测试结果发现,使用4420张散斑图作为训练集,3层卷积结构的神经网络的识别准确率为88%,4层卷积结构的神经网络的识别准确率为95%,CNN+SVM算法的识别准确率为98%,而SVM算法的识别准确率达到了100%。实验结果表明,把机器学习算法应用在光信号上,同样可以对多模光纤散斑图进行分类,当图像特征相对明显时,直接使用SVM算法对光纤输出散斑进行识别,可以大大提升多模光纤输出散斑图的识别准确率。

针对线性扫频激光器在扫频速度、步长、范围、精度和信噪比等方面差异较大的问题,提出一种基于声光调制直接生成频率扫描激光器的方案。该激光器采用环形腔体结构,具有扫频速度快、扫频精度高、信噪比好等特点。通过分析激光器的信噪比和掺铒光纤放大器中掺铒光纤的长度等参数对生成的频率扫描激光器性能的影响,对现有的频率扫描激光器进行了优化。

常见的光滤波器主要对波长进行选择, 当滤波器带宽变窄时, 对光波长的漂移就会变得敏感, 限制了其使用范围。本文提出的光滤波器是基于由透镜和多模光纤组成的全光积分器。我们依据其时域特性对该滤波器的频域滤波特性进行了分析。该时域滤波器可以用于光载波恢复, 通过数值仿真验证得出该技术使相位调制信号两边带间和载波间的强度关系发生改变, 在不使用本振激光器的情况下完成光信号相位调制到强度调制的转换。

在检测频率复杂的信号时,光学傅里叶变换的高带宽、快速性优势凸显,其在光谱和高速射频信号的实时检测中都有重要应用。基于色散的光学傅里叶变换方法包括色散展宽和时间透镜方法。基于光纤色散方法,对比分析了基于色散展宽和基于时间透镜的光学傅里叶变换的实现原理。对两类方案中5种不同系统的输出结果、色散量、光谱分辨率、时间带宽积等影响因素进行分析,分别阐述了其应用及改进方案。