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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

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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

致谢

附录A 全光纤延迟线实图

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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。

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