[发明专利]一种基于形态学的波长敏感模式提取装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于形态学的波长敏感模式提取装置及方法。该装置包括：从上到下依次设置的波导结构、后焦面成像装置以及带滤光片的CCD图像传感器；波导结构在被激光或者白光辐照后，所发出光信号被后焦面成像装置收集后由带滤光片的CCD图像传感器探测收集，解析获取图像信息；随机设置提取方向；沿此方向遍历选取所有像素点；选取点进行区域生长并进行图像分割处理；依据判定选取表征波导中模式的信息，得到不同的模式分割图案；再计算所得分割图案的质心位置而判断其是否为对应为波长敏感模式；进而筛选完成波长敏感模式的提取。本发明能简化人工判定时间，无需硬件参数参照，实现波长传感应用中波长敏感模式信息的自动提取。

技术领域

本发明涉及光学传感表征领域，特别是涉及一种基于形态学的波长敏感模式提取装置及方法。

背景技术

在集成光学的研究和光子芯片的开发中，尺寸更小、扩展性更强的集成光学的器件已经应用于各个领域。而波导结构往往是光子芯片的基石，其中模式的传感效应的研究又往往是器件开发的首要步骤。在复合结构波导中，多种模式的传感特性也不尽相同。表面模式一般对外界环境更加敏感，而内模式一般对波长和结构特性更加敏感。因此在完成波长敏感的传感实验时，研究人员一般都关注诸如塔姆模式等内模式的变化。具体实验方式也有很多，主要有两类，一类是基于角度扫描的测定方式，其由于扫描精度高，而被广泛使用。但是其扫描速度慢且在局部测量空间分辨率不高，在微小结构中难以推广。另一类是基于泄漏辐射显微镜的测定方式，其空间精度高，且模式分布清楚，但是所有模式都同时被表征，在有针对的传感实验中，其余模式回影响计算机的识别。因此，利用此方式在传感实验中所完成模式的提取一般都靠人工完成，其(1)速度慢，易出错。由于人为识别模式，需要对数据逐一分辨，并手动筛选，处理时无法流程化，耗时久。(2)需要分类处理。由于波导结构的不同，其探测结构也有不同类型，比如有源波导一般利用荧光探测模式分布，所采集的一般为荧光发射图，其图案为底色较暗的亮线；而无源波导只能采用反射光探测模式分布，所采集的一般为白光反射图案，其图案为底色较亮的暗线。这也意味着不同的结构在数据处理时候需要分类处理灰度值信息不同的数据。(3)需要探测装置的详细参数：在人工数据处理时，待处理波导结构的厚度和折射率参数都需要知道，从而确定临界角信息，再依据临界角的大小去区分不同的模式。(4)处理步骤不够简化。用传统图像分割技术需要沿着至少两个正交方向遍历来覆盖所有模式，且需要知道装置的偏振片所处方向，从而判断模式的方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于形态学的波长敏感模式提取装置及方法，利用常规光学元件完成了波导结构中模式信息的探测，可以实现波长敏感模式的自动提取。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于形态学的波长敏感模式提取装置，包括：从上到下依次设置的波导结构、后焦面成像装置以及带滤光片的CCD图像传感器；所述波导结构在被激光或者白光辐照后，发出光信号被所述后焦面成像装置收集，由所述带滤光片的CCD图像传感器进行探测得到待测图像，所述带滤光片的CCD图像传感器对所述待测图像进行处理，完成波长敏感模式的提取。

可选地，所述波导结构包括金属膜和光子晶体介质膜，所述金属膜置于所述光子晶体介质膜的上方。

可选地，所述后焦面成像装置包括由上到下依次设置的油浸物镜、成像透镜和偏振片。

可选地，所述带滤光片的CCD图像传感器中的滤光片为带通滤波片。

可选地，所述激光为单色波长，所述白光为宽带白光。

本发明还提供了一种基于形态学的波长敏感模式提取方法，所述方法应用于上述基于形态学的波长敏感模式提取装置，所述方法包括：

对波导结构进行激光或者白光辐照，使所述波导结构发出光信号；

所述光信号被后焦面成像装置收集后由带滤光片的CCD图像传感器探测得到待测图像；所述待测图像表征所述波导结构中的不同模式；