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可用于OCT系统的全光纤高速延迟扫描方法与实验研究

作　者: 张茂竹
导　师: 杨军
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 光学工程
关键词: 光纤延迟线压电陶瓷脉冲宽度调制高速驱动
分类号: TN27
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-15
  1.1 课题的目的和意义  10-11
  1.2 光学延迟线的发展现状  11-13
  1.3 课题主要工作  13-15
第2章全光纤延迟线的原理  15-23
  2.1 压电陶瓷  15-17
    2.1.1 压电效应  15
    2.1.2 压电陶瓷的性能  15-16
    2.1.3 压电陶瓷的固有特性  16-17
  2.2 基于 PZT的光学延迟原理  17-20
    2.2.1 光纤伸长的建模  17-20
  2.3 推挽式全光纤延迟线的结构  20-22
  2.4 本章小结  22-23
第3章基于 PZT的全光纤延迟线的设计  23-34
  3.1 基于 PZT的全光纤延迟线的结构设计  23-26
    3.1.1 压电陶瓷的结构  23-25
    3.1.2 光纤延迟线的总体结构  25-26
  3.2 压电陶瓷环的设计  26-29
    3.2.1 压电材料的选择  26-27
    3.2.2 压电陶瓷环的设计  27-29
  3.3 光纤延迟环的制作  29-32
    3.3.1 光纤延迟环的缠绕方法  29
    3.3.2 光纤的粘接方法  29-30
    3.3.3 光纤延迟环缠绕质量的评价  30-32
  3.4 光纤环的固定与封装结构  32-33
  3.5 本章小结  33-34
第4章高速 PZT驱动电路设计  34-51
  4.1 谐振升压式驱动电路结构选择与分析  34-41
    4.1.1 Boost电路设计  34-37
    4.1.2 PWM电路设计  37-38
    4.1.3 基于LC谐振的逆变升压电路  38-39
    4.1.4 电路参数的选择与计算  39-41
  4.2 实验结果及分析  41-50
    4.2.1 Boost电源供给电路测试  41-46
    4.2.2 LC谐振升压电路测试  46-50
  4.3 本章小结  50-51
第5章全光纤延迟线特性的实验研究  51-59
  5.1 实验系统的组成及实验方案  51-52
  5.2 光纤延迟线特性实验  52-58
    5.2.1 光纤延迟线的静态特性实验  52-54
    5.2.2 光纤延迟线的动态特性实验  54-56
    5.2.3 光纤延迟线的频率特性实验  56-58
  5.3 本章小结  58-59
结论  59-61
参考文献  61-65
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  65-66
致谢  66-67
附录A 全光纤延迟线实图  67

可用于OCT系统的全光纤高速延迟扫描方法与实验研究

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