可用于OCT系统的全光纤高速延迟扫描方法与实验研究

论文摘要

光学相干层析（OCT）技术中,成像速度是重要指标,它主要取决于光纤延迟线的扫描速度,利用压电陶瓷（PZT）构成的光纤延迟线,其优点是扫描速度快,插入损耗低。采用大幅值高速电压驱动PZT时,由于其呈现的电容负载特性,使PZT驱动电路的功耗过大,这一方面加大了高功率驱动电路的设计困难;另一方面由于PZT发热严重,导致光纤的静态光程和线性双折射发生变化,使光纤延迟线的性能发生退化。因此,研究高速、大延迟量的光纤延迟线的驱动方法,成为构成全光纤延迟线的关键技术之一。本文围绕全光纤延迟线的结构设计、制作,以及驱动等问题,开展了以下研究工作:首先对光纤延迟线进行了数学建模,讨论了影响光纤延迟量的各种因素,设计了全光纤延迟线的结构。然后,研究了基于Boost电路与LC谐振原理的高速光纤延迟线驱动方法,利用脉冲宽度调制（PWM）与LC谐振相结合的驱动原理,设计了驱动光纤延迟线的电路结构。Boost电路与LC谐振技术提高PZT的供给电压,弥补了单纯采用LC谐振升压技术时,由于温度变化改变压电陶瓷谐振参数,导致驱动输出电压变化的不足。利用PWM-LC谐振技术,有利于提高光纤延迟线的扫描频率和电压输出幅度。最后,利用光纤白光干涉技术对全光纤延迟线的特性进行了实验测量。实验结果表明,本光纤延迟线在频率为200Hz、幅值为450V的正弦电压驱动下,可以实现2.50mm的延迟量,并对实验结果进行了分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的目的和意义
• 1.2 光学延迟线的发展现状
• 1.3 课题主要工作
• 第2章 全光纤延迟线的原理
• 2.1 压电陶瓷
• 2.1.1 压电效应
• 2.1.2 压电陶瓷的性能
• 2.1.3 压电陶瓷的固有特性
• 2.2 基于 PZT的光学延迟原理
• 2.2.1 光纤伸长的建模
• 2.3 推挽式全光纤延迟线的结构
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于 PZT的全光纤延迟线的设计
• 3.1 基于 PZT的全光纤延迟线的结构设计
• 3.1.1 压电陶瓷的结构
• 3.1.2 光纤延迟线的总体结构
• 3.2 压电陶瓷环的设计
• 3.2.1 压电材料的选择
• 3.2.2 压电陶瓷环的设计
• 3.3 光纤延迟环的制作
• 3.3.1 光纤延迟环的缠绕方法
• 3.3.2 光纤的粘接方法
• 3.3.3 光纤延迟环缠绕质量的评价
• 3.4 光纤环的固定与封装结构
• 3.5 本章小结
• 第4章 高速 PZT驱动电路设计
• 4.1 谐振升压式驱动电路结构选择与分析
• 4.1.1 Boost电路设计
• 4.1.2 PWM电路设计
• 4.1.3 基于LC谐振的逆变升压电路
• 4.1.4 电路参数的选择与计算
• 4.2 实验结果及分析
• 4.2.1 Boost电源供给电路测试
• 4.2.2 LC谐振升压电路测试
• 4.3 本章小结
• 第5章 全光纤延迟线特性的实验研究
• 5.1 实验系统的组成及实验方案
• 5.2 光纤延迟线特性实验
• 5.2.1 光纤延迟线的静态特性实验
• 5.2.2 光纤延迟线的动态特性实验
• 5.2.3 光纤延迟线的频率特性实验
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录A 全光纤延迟线实图