10.3964/j.issn.1000-0593(2021)11-3625-07
基于主成分分析法的高性能波长计研究与实现
波长探测作为科学技术中的一个基本工具,在分析化学、生物传感和光学通信等众多领域具有重要作用.从多模光纤信号传输理论出发,在绝热、准直模型中建立基于模式干涉效应的强度干涉图像理论;实验测量时,在光纤尾端引入缓变(斜率约为0.01)锥形区域设计,保证收集到侧面辐射信号的同时,也近似满足理论模型和数值仿真结果.在搭建的显微共焦成像系统中,连续扫描窄带激光器进行干涉图像存储,经过区域选取、向量拼接以及奇异值分解等步骤得到由器件特性决定的校样矩阵.波长的探测过程共分为两个步骤:在工作带宽内纳米量级粗略扫描光波长得到粗略校准矩阵,一维待测信号强度图像与之进行内积相关性运算后,选取数值最高的波长值作为预估波长单元;在此基础上精细扫描得到精细校样矩阵,选取三个最大主成分并定义与波长欧氏距离最小值确定最终探测波长.采用内积相关性运算联合主成分分析法不仅可以将波长探测分辨率提高到20 pm、准确率达到96.7％,探测效率较其他光谱重建算法提高50倍.实验证实该波长计工作范围至少为400～700 nm,器件尺寸仅为π×(20μm)2×0.5 mm.该器件在高性能、便携式和低成本方面较同类器件有较大提升,在光谱重建效率也集成了高效算法,能够广泛应用于光纤传输系统的波长实时探测.
波长探测;波长计;主成分分析;光谱重建
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O433(光学)
国家自然科学基金项目;河北省教育厅青年拔尖人才项目;河北省自然科学基金项目
2021-11-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）
共7页
3625-3631
