论文摘要
基于光学方式的小波变换系统有多种类型,能够实现连续或离散的小波变换,系统结构的复杂度和数值精度都有所不同,有时相差很大。但是系统核心都是小波滤波器。目前人们大量采用的是胶片、全息图和光栅来实现小波滤波器,但这些方式的精度都不高,通常不满足需要对信号精确重建的应用的要求。应用光波导实现小波滤波器具有独特的优势,数值精度更高,器件尺寸更小,稳定性更好,并且顺应了光学器件集成化的潮流。本论文依托国家自然科学基金项目,研究了应用光波导设计集成器件实现小波变换的理论和方法。波导的模式理论是研究波导器件性质的理论基础。本文首先以最简单的平面光波导为对象,应用模式理论讨论了光在波导中的基本传播性质,接着以实用化的条形波导为基础讨论了波导器件的解析法和数值法两类研究方法,并且以FD-BPM算法为例讨论了数值解法的应用。然后,在波导模式理论的基础上研究了作为波导滤波基础的基于干涉原理的波导间的耦合性质,基与此讨论了目标滤波器的基础单元——定向耦合器和马赫曾德尔干涉仪MZI,研究了它们的结构参数和性能间的关系,并给出了仿真实例。结合电学FIR滤波器原理,在Z域上研究了格型FIR光波导滤波器的结构和光路结构参数的求解方法,之后在它的基础上研究了一种改进方案——半带滤波器HBF的结构原理和光路参数求解流程,最后结合小波滤波器的数学原理,研究了基于HBF结构的光学小波滤波器的结构和光路参数求解方法,并且结合光路组成结构,讨论了影响滤波器工作性能的几个主要因素。最后在第五章中介绍了二氧化硅型集成波导器件的制造流程,探讨了器件使用中的一些注意点。通过理论研究和相关仿真实验可以看出波导小波滤波器是有可实现性的,并且具有数值精度高,稳定性好的优点。但主要问题在于波导自身的性能约束和制造工艺的制约,集成度不高,工艺复杂,成本高并且质量较难准确控制。总之,本文在波导法实现光学小波变换进行了较系统的研究,为光学小波变换系统开发提供了一定参考。