[发明专利]利用小波变换测量群延迟的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学中的干涉测量技术领域，尤其涉及一种利用小波变换测量群延迟的方法，利用该方法还可以进一步实现对群延迟色散和折射率系数的测量。

背景技术

白光干涉测量技术是目前测量光学材料和光学器件的群延迟、群延迟色散和群折射率系数的有效方法，可以在宽光谱范围内测量出群延迟、群延迟色散和群折射率系数。

白光干涉测量方法有时域法和频域法两种方法。时域法是使用位移器在某一位置以恒定速度往复运动扫描出信号的时域干涉条纹，其结果计算的精确性受到位移器运动速度线性的影响，位移器运动速度的非线性对测量结果会引起很大的误差。频域测量方法是在某一波长下干涉仪的两臂接近相等时，用光谱仪测量出干涉条纹。频域法不需要位移器，不受环境噪声影响，可以实现单次测量和实时测量。

传统的频域测量方法的群延迟、群延迟色散和折射率系数是通过先计算干涉条纹的相位，然后对计算相位求导而得到。在数值计算过程中，由于相位的波动或噪声的影响，在相位求导过程中往往会引起很大的误差和振荡导致测量的群延迟、群延迟色散和折射率系数误差较大。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种利用小波变换测量群延迟的方法，以提高群延迟测量的精度。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种利用小波变换测量群延迟的方法，该方法是对测量的干涉信号作时间频率分析，干涉信号在局域频率位置处的瞬时周期即为群延迟。该方法包括：对测量的干涉信号作小波变换；探测小波变换的脊；将小波变换的脊作为群延迟，得到群延迟。

上述方案中，所述对测量的干涉信号作小波变换，是将测量的干涉信息变换到二维的时间——频率平面，得到的横坐标为频率纵坐标为时间的强度图；所述探测小波变换的脊，是在得到的强度图中探测小波变换每一列的极大值，得到的一条脊线，该脊线对应的时间坐标就是群延迟。

上述方案中，用短时Fourier变换或Wigner变换代替小波变换，得出的局域频率处干涉的瞬时周期，进而得到群延迟。

上述方案中，所述测量的干涉信号为各种光学玻璃、石英、光学晶体、光学透射材料和器件、光学反射材料和器件、以及光纤的光谱干涉信号。

上述方案中，所述透射材料和器件至少包括分束镜、棱镜、和频晶体、差频晶体；所述反射材料和器件至少包括啁啾镜、色散镜和反射镜，所述光纤至少包括光通讯光纤、光子晶体光纤、微结构光纤，以及色散光纤。

上述方案中，该方法在得到群延迟后进一步包括：对得到的群延迟进行计算，得到群延迟色散和群折射率系数。

上述方案中，编译的各种用于计算群延迟、群延迟色散和群折射率系数的软件和程序。

(三)有益效果

1、本发明提供的这种利用小波变换测量群延迟的方法，通过对测量的干涉时间频率联合分析，从局域频率处干涉的瞬时周期中直接得出群延迟，不需要计算相位和对相位求导，上消除了相位求导过程中误差和振荡的影响，有效提高了群延迟测量的精度。

2、本发明提供的这种利用小波变换测量群延迟的方法，是对测量的干涉时间频率联合分析，从局域频率处干涉的瞬时周期中直接得出群延迟，不需要计算相位和对相位求导，大大简化了群延迟的测量过程。

3、本发明提供的这种利用小波变换测量群延迟的方法，计算过程简单，计算步骤少，因此具有更快的计算速度。

4、本发明提供的这种利用小波变换测量群延迟的方法，利用小波变换得出二维的时间频率图，干涉到信息清晰的反映在二维的时间频率平面上，具有很强的直观性。

附图说明

图1是本发明提供的利用小波变换测量群延迟的方法流程图。

图2是本发明测量熔石英玻璃的群延迟、群延迟色散的过程和结果图；其中，图2(a)是测量的白光光谱干涉信号，图2(b)是干涉的小波变换强度图(图中曲线指出了脊的位置)，图2(c)是直接从小波脊中取出的群延迟与Sellmeier方程计算结果的比较，图2(d)是从小波脊中得到的群延迟色散与Sellmeier方程计算结果的比较。

图3是本发明测量熔石英玻璃的群延迟、群延迟色散的结果与以前的相位求导方法得到的群延迟、群延迟色散的结果比较图；其中，图3(a)是群延迟结果比较图，图3(b)是群延迟色散的结果比较图。