摘 要

半导体激光器因其具有良好的工作性能和优秀的特点，被广泛用于工业和军事等领域中，尤其是在光纤通信中作为光源发挥着很大的用途，而在激光器的生产过程中，能否对焦距进行精确的测试是影响其生产质量的关键。目前，国内外针对焦距测试算法的研究中，主要方法有功率反馈法和高斯光束束腰法，这两种方法都或多或少的存在着搜索耗时长或者测试结果不准确等问题。本文针对这些问题，提出了计算方便、搜索时间短、测量精确的焦距测试算法。

本文首先研究和总结了激光器的光束特性和光斑随距离激光器的远近而变化的变化规律，然后研究采集激光器的光斑图像的方法，在光斑图像的基础上，通过分析不同位置光斑图像的差异，以图像灰度方差作为评价图像的指标，并将其与相邻采样点的图像对比，结合光斑的变化规律，提出了光斑的评价算法。再通过区域优化的思想，提出以提高搜索效率为目的的搜索算法。最后，本文将搜索算法采集到的光斑图像与评价算法结合，绘制出了灰度方差的图像，并以该图像为基础，通过计算最终找到焦距值。

关键词：焦距测试；高斯光束束腰；图像灰度方差；区域优化

Abstract

Semiconductor laser is widely used in industrial production, military weapons and other trades because of its advantages. In optical fiber communications, semiconductor laser is use as a light source. During the process of laser production, to ensure the quality of lase, the key way is to measure the focus length of the laser accurately. Currently, in the research of focal length measurement algorithms over the world, the main methods are power feedback method and Gaussian beam waist method, both of which have some problems such as long search time or inaccurate test results. In order to solve these problems, this paper proposes a focal length test algorithm which is convenient to calculate, easy to search and accurate to measure.

This article firstly studies the properties of laser beam and the law of spot changing of the distance from laser. Next, this article analyzes the method of collecting laser spot image. Then, in order to analyze the difference of spot image in different positions, this paper used the gray variance of image as the index of evaluating image, and compared with the image of adjacent sampling points, the result is as follows According to the change rule of the light spot. Through the idea of region optimization, we can raise a useful method to improve the search efficiency. At last, this paper combined the spot image collected by the search algorithm and the evaluation algorithm, draw the gray variance of the image and found the focus length through calculation based on the image.

Key Words：Focal length test; Gaussian beam waist; Image gray variance; Region Optimization

目 录

第一章 绪论 1

1.1 课题研究的背景和意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 功率反馈法 2

1.2.2 高斯光束束腰测试法 4

1.3 课题的主要研究内容与结构 5

第二章 光源分析与光斑测量 6

2.1 光源分析 6

2.1.1 阈值电流 7

2.1.2 外微分量子效率 7

2.1.3 温度 8

2.2 透镜分析 8

2.3 光斑分析 9

2.4 本章小结 11

第三章 评价算法的分析 12

3.1 图像灰度方差 12

3.2 评价算法分析 14

3.3 评价算法的优化 15

3.4 评价算法的实现 15

3.5 本章小结 16

第四章 搜索算法的分析 17

4.1 区域优化 17

4.2 搜索算法的分析 18

4.3 搜索算法的优化 18

4.4 搜索算法的实现 19

4.5 本章总结 19

第五章 总结和展望 21

5.1 全文总结 21

5.2 工作展望 22

参考文献 24

致谢 25

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

与传统的电通信系统相比，光纤通信系统具有电通信系统所无法比拟的优点：信号在信道中传输时的损耗小、信号所携带的信息量大、信号的抗电磁干扰能力强等。光纤通信的发展促使了光电子器件技术的巨大进展，两者的关系非常紧密。在光纤通信发展的过程中，光电子器件作为光纤通信的基础元器件，发挥着重大的作用，要想光纤通信能发展起来，光电子器件的研发技术也需要跟上，二者的发展缺一不可：一方面，光电子技术作为光纤通信产业的器件支持，需要随着光纤通信产业的发展而生产出性能更高、效果更好、成本更低的产品，这大大促进了光电子技术的发展；另一方面，有了性能更好的光电子器件，光纤通信系统可以借此进行更进一步的研究。

光电子器件可分为光有源器件和光无源器件两大类。光有源器件是一种需电源来实现其特定功能的电子器件，通常在光纤通信系统中起着光电转换的作用：在发射端将电信号转换为光信号，以便信号能在光纤中传输，而在接收端则是将从光纤中接收到的光信号转换为电信号，以便与接收端连接着的系统能够对接收到的信号进行处理。常见的有源器件有激光光源、光检测器等，它们通常会与其他器件组成模块，以完成特定的功能。常见的模块有光发次模块、光收次模块、双向光收发组件等。无源器件是一种无外加电源就可以显示其特性的电子器件，通常在光纤通信系统中起着特定的作用，如对光波进行接续、复用、耦合等。常见的无源器件有光纤活动连接器、光接头盒、波分复用器、光衰减器、光开关、光分路器等。