光波导传输损耗的测量

1、南昌大学实验报告学生姓名：刘vv学号：55023110vv专业班级：vvvvvv实验日期：2014/9/24实验成绩：光波导传输损耗的测量波导薄膜中导波光的传输损耗是评价介质平板波导的一个重要参数。传统的测量光波导传输损耗的方法如截断法(Cut-OffMethod)和滑动棱镜法(PrismSlidingMethod)在测量准确性和方便性方面均存在着较大的问题，难以获得广泛的应用。采用CCD数字成像器件，通过数字成像对光波导内部的传输光强进行测量，可计算得到波导的传输损耗，该方法具有无损、高精度快速测量等优点。实验目的了解CCD数字成像法测量波导传输损耗的原理及实际的测量光路；2掌握用于去除散粒

2、噪声的中值滤波图像处理技术；3.通过传输曲线的拟合计算传输衰减系数。实验原理1.损耗机理光波导器件传输损耗主要由以下因素产生：波导材料的散射和吸收引起的损耗；基片的表面光洁度受到抛光工艺的限制；界面的不规则导致导模与辐射模间的耦合而引起的损耗；波导表面弯曲，引起能量辐射造成损耗。2测量原理真实波导由于界面不平整以及波导内部杂质散射，使导模转变为辐射模。可以认为：某一位置散射出来的光强主要受到该点的传输光强、界面不平整程度、杂质多少的影响。整块波导是在特定条件下一次性制备，后两个因素的影响可以认为在整块波导中平均分布，即使由于杂质大小有涨落而出现某点散射光特别强，也可以在后期图像处理中采用数字滤

3、波技术加以消除。因此，散射光强将只和该处的实际传输光强成正比。据此，可以采用数字成像器件CCD对传输线上各点的散射光强进行记录，转换成内部传输光强，拟合出传输衰减曲线并计算衰减系数。CCD摄像头介绍电荷耦合器件(ChargeCoupledDevice)简称CCD。它是七十年代以来发展起来的一种新型高集成度半导体器件。其基本结构是紧密排列的MOS电容阵列。工作时，这种MOS电容在时序脉冲的作用下，实现电荷的存储和转移。CCD具有工作电压低、功耗小、体积小、抗电磁能力干扰强、噪声低、灵敏度高等一系列特点，在摄像、模拟信号处理和数字存储等领域发挥着日益重要的作用。CCD的主要应用之一是作为固体成像器

4、件，其成像原理如下。光子入射于CCD阵列上产生电子空穴对，电子在存储电极的作用下，会聚成电荷包，电荷包的分布与景物光强成正比，相当于把外景成像在器件上。当时钟脉冲电压加到电极上时，电荷包从一个存储单元转移到另一个存储单元，并从输出二极管依次输出。CCD的这种自扫描特性使得只需定时加入行同步和帧同步信号就可以实现实时的视频信号输出，从而达到摄像的目的。3图像噪声的消除在波导传输线静态数字照片上，对传输光强分布进行研究，发现波导杂散光十分明显，如图1，杂散光相当于噪声必须消除，否则将给传输衰减系数的计算带来很大的误差。(b)Len?thcmji图1CCD拍摄原始图(a)原始照片(b)传播路径上的散

5、射光强分布消除数字图像噪声的方法有很多种，本文采用的是均值滤波算法。该算法相当于一个低通滤波器，图像上的每一点均被周围点的加权平均值来代替。即：(2.1)v(/n?n)=ZZv(m，n)和y(m，n)分别是处理前和处理后的图像，W是一个确定大小的窗口，a(k，l)是各点的权重函数。通常的空间均值滤波对各点设置相同的权重，由(2.1)可得(2.2)即：a(k,l)=1N,N是窗口W中的像素数目。对应于窗口大小为3的空间均值滤波掩wwI模图如图2。4传输损耗的计算经过空间均值滤波的处理，得到了一条传输衰减曲线。有损耗的导模功率随传播距离的衰减可表示为：(2.3)其中Pz=O处的初始入射光强，Pz是

6、z=z处的传输光强，衰减系数a定义为:(2.4)(2.5)L就是所关心的光波导传输损耗。因此我们所需要拟合的是一条指数衰减曲线。通过参数变换，可将非线性回归转化为线性回归，设待拟合曲线方程为：exp：:：）.、：）（2.6）令：1=111.1:O.b0(2.6)令：1=Im.1-:=、二dieH二匕(2.7)则：；=：-八(2.8)根据线性回归的回归系数计算公式计算出a、b后，即可得到待定系数a、b,从而计算出传输衰减系数。3如何在实验中区分辐射模和导模在波导片上产生的亮线？答：由于散射光强只与实际传输光强成正比，而导模光强比辐射模光强要强，因此应尽量使亮线看起来很亮。实验小结通过本次实验，我学习了CCD数字成像法测量波导传输损耗的方法，充分认识到了该方法有别于传统测量方法的无损、高精度、快速测量等优点；也掌握了均值滤波算法消除图像噪声的