阶跃透镜滤波器的逆散射分析与设计

论文摘要

光学滤波器在光纤通信系统和光传感器系统中有着许多重要的应用,常规干涉滤波器的透射率受到材料制作因素制约,其滤波效果在一定程度上被限制。克里斯欣森滤波器提供了一种从一段光谱中滤选出单一波长光波的方法,其物理效应在上世纪首先由克里斯欣森发现,它可使用在近红外段、可见光段和紫外段光谱的滤波。克里斯欣森滤波器的透射特性由其材料折射率决定,不受制造精度的影响。传统克里斯欣森滤波器不能对响应函数进行人为控制,经过改进后的高级克里斯欣森滤波器将其滤波单元中的固体微粒改作一定形状的玻璃透镜,可以有效地弥补该缺陷,而实现对滤波器响应函数的精确控制。本文对克里斯欣森滤波器基础上发展起来的阶跃透镜滤波器作了积极的探索研究,首先回顾了克里斯欣森滤波器的发展状况以及克里斯欣森效应的解释理论;其次作了阶跃透镜滤波的散射与逆散射分析,根据滤波器的合成理论,具体分析了响应函数为最大平坦型、Gaussian型及Sinc型时阶跃透镜参数的计算;最后按照滤波器响应函数要求举例设计了奇函数和偶函数特征的阶跃型透镜,用ASAP(Advance System Analysis Program)模拟了平行的平面光波通过该滤波器的物理过程。所设计的阶跃透镜构建的高级克里斯欣森滤波器具有可以精确控制的梳状响应函数,其透射带波长半宽度为2nm。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 光波分复用技术
• 1.1.2 光学滤波器
• 1.1.3 克里斯欣森滤波器概述
• 1.2 研究内容
• 第二章 常规克里斯欣森滤波器
• 2.1 常规克里斯欣森的结构
• 2.2 克里斯欣森效应
• 2.3 常规克里斯欣森滤波器的发展
• 2.3.1 常规克里斯欣森滤波器的实验研究
• 2.3.2 常规克里斯欣森滤波器的理论进展
• 第三章 阶跃透镜的滤波分析
• 3.1 本章引言
• 3.2 阶跃透镜的逆散射理论
• 3.2.1 透镜滤波的实验装置
• 3.2.2 透镜的傅立叶变换特性
• 3.2.3 滤波器的散射分析
• 3.2.4 滤波器的逆散射分析
• 3.3 阶跃透镜轮廓函数的推导
• 3.2.1 奇函数特征的阶跃透镜分析
• 3.2.1.1 最大平坦滤波器及Chebyshev 滤波器响应
• 3.2.1.2 Gaussian 滤波器响应
• 3.2.1.3 Sinc 滤波器响应
• 3.2.2 偶函数特征的阶跃透镜分析
• 3.2.2.1 最大平坦型滤波器及Bessel 响应
• 3.2.2.2 Gaussian 滤波器响应
• 3.2.2.3 Sinc 型滤波器响应
• 第四章 阶跃透镜滤波器的设计与模拟
• 4.1 阶跃透镜滤波器模型
• 4.1.1 阶跃透镜滤波器的光学装置
• 4.1.2 滤波器材料的选择
• 4.2 GAUSSIAN 响应的奇函数阶跃透镜滤波器
• 4.2.1 奇函数阶跃透镜Gaussian 滤波器的设计
• 4.2.2 奇函数阶跃透镜Gaussian 滤波器的光学模拟
• 4.2.2.1 ASAP 的模拟步骤
• 4.2.2.2 聚焦平面上的能量及相位分布
• 4.2.2.3 滤波器的响应函数
• 4.3 GAUSSIAN 响应的偶函数阶跃透镜滤波器
• 第五章 总结
• 5.1 总结
• 5.2 创新点
• 致谢
• 参考文献
• 硕士在读期间完成的学术论文