低时间相干照明衍射成像研究进展(特邀)

作为一种新型计算成像技术,相干衍射成像具有高分辨、无透镜、低成本等优势,在定量相位重建、高分辨成像、X射线成像等领域中具有非常重要的应用价值。传统相干衍射成像对光源的相干性具有非常高的要求,而在实际情况中,由于能量与时间的不确定关系、光束产生缺陷等原因,光源常面临一定的相干性限制。从混叠的衍射图样中实现相干模式分解,是解决低相干照明的衍射成像的重要手段。相比于空间相干性,时间相干性在光谱成像、超快成像等方面具有更高的应用潜力,在低相干衍射成像领域得到了广泛地讨论。基于以上现状,文中从相干衍射成像的部分相干模式表示理论出发,介绍了低时间相干照明衍射成像中的重构方案与重建算法的研究进展,分析并展望了低时间相干照明衍射成像面临的实际问题及发展趋势。

用动态光散射时间相干度法测量纳米颗粒粒径

针对传统动态光散射法测量纳米颗粒粒径算法复杂、速度慢、成本高等问题,提出了一种通过改变动态散射光信号时间相干度来测量纳米颗粒粒径的方法,并对其所采用的算法和测量系统进行研究。首先,介绍了动态光散射测量法的基本原理,并引出系统相干度的概念(包括时间相干因子和空间相干因子)。接着,从光电探测器的统计特性出发,通过对光子计数方差的分析得到散射光强波动的方差。然后,建立光强波动的方差与时间相干度的方程,并由该方程得到动态光散射信号的衰减线宽。最后,根据Stokes-Einstein公式计算出纳米颗粒的粒径。对粒径为30,50,100 nm,溶液透光率为96%的乳胶球标准颗粒溶液进行了实验,结果表明:本文提出的测量法其测量均值误差和重复性误差的平均值分别为1.84%和1.76%,满足均值误差和重复性误差小于2%的国标要求。

光场的时间相干性和空间相干性分析

研究了光场的时间相干性和空间相干性 ,指出了光源的谱线宽度与光场的时间相干性的关系 ,讨论了光源线度对光场相干性的影响 .

一种基于时频匹配的长时间相干积累器设计

对回波信号进行长时间相干积累是实现雷达威力增程的重要手段。为补偿目标匀加速运动对回波相干性的破坏并提高相干积累处理的时效性,首先提出一种基于时频域匹配处理的长时间相干积累方法,该方法可避免目标多普勒模糊的影响,实现对目标速度和加速度的补偿;其后,给出了基于时频域匹配的长相干积累处理器运动补偿通道间隔的定量化设计技术,并提出了采用多片通用图形计算卡的积累器并行优化实现方法。此外,还研究了静止轨道卫星相对地面雷达站的运动规律,并针对此类目标的长时间相干积累探测进行了并行化设计实现,从而验证了方法的有效性和实用性。

一种MIMO时间相干信道下的有限反馈新方法

针对时间相干MIMO信道下存在时间冗余的问题,提出了一种基于信道预测的有限反馈新方法.该方法利用相邻数据帧的时间相干性,结合AR模型预测信道状态信息,并在码书中找到一个最优的码字使多个数据帧的系统性能综合最优,将该码字反馈给发送端用于发射预处理.仿真结果表明,与传统反馈方法相比,虽然该反馈方法的系统性能有所降低,但是反馈开销显著降低,因此在两者之间获得较好的折中.

光的时间相干性及傅里叶变换光谱分析实验系统的研制

光的时间相干性及傅里叶变换光谱分析实验系统可以实时采集和分析各种光源在迈克耳孙干涉仪上产生的干涉条纹信号 ,并进行傅里叶变换以分析光源的频谱 .系统运用多媒体声音和动画演示技术 ,达到生动形象的现场教学效果 .

时间相干性的进一步精确描述

针对光源时间相干性中频谱线宽Δν与相干时间τc的关系(Δν≈τc)的粗略表达,运用牛顿迭代法对两者的关系进行了较精确的推导,并对其误差及范围进行了讨论.结果表明,这一相对精确的描述在计算波长带宽较小的光源的相干长度时,可以较大地提高其精确度.

用计算机模拟分析等倾干涉的时间相干性

等倾干涉的时间相干性有别于等厚干涉的时间相干性,其干涉条纹可见度与面光源的入射角有直接的关系,通过计算机绘制的可见度与入射角对应的关系图形,分析了光源的非单色性对等倾干涉条纹可见度的影响并将研究范围扩充到多个周期,对光的时间相干性理论作了进一步的补充.

MOPA结构脉冲单频激光器时间相干性的初步实验

为了研制激光干涉成像所需的基于主振荡功率放大（Master Oscillator Power Amplifier,MOPA）结构的高能高相干脉冲单频激光器,需要研究经过功率放大后的脉冲时间相干性随激光功率（或能量）增加的变化趋势。本文采用声光调Q脉冲单频Nd：YVO_4激光器作为种子源,利用Nd：YAG功率放大模块对种子源激光进行2.1倍的脉冲能量放大。利用迈氏干涉测量法,完成种子源和2.1倍功放后激光在0～6 m光程差下干涉条纹对比度的实验测量,从而初步得到脉冲激光时间相干性（线宽）随激光功率（或能量）增加的变化趋势。同时也完成种子源和功放后激光的单频性、单脉冲能量、脉宽和峰值功率等基本参数的实验测量。

Nd ∶ YVO_4 激光测距应用的时间相干性

将连续波频率调制技术与新型激光晶体Ｎｄ∶ＹＶＯ４相结合，提出一种绝对距离测量方案；就测量范围与光源相干性问题，分别论述了工作物质吸收长度和腔镜调制方式对光源相干长度的影响．给出了实验结果，实验曲线与分析结论基本一致．

光场时间相干性的描述

1 引言光场的时间相干性在波动光学中通常有两种解释:一是认为光波是由有限长度的一个个无规的波列组成,相干长度ΔL就是波列的长度。则相干时间τ=ΔL/c (1)另一种看法是,实际光场并不是严格的单色光。

时间相干信道下波束赋形系统的有限反馈方法

该文提出一种新的基于树形码书的有限反馈方法,由于相邻帧的时间相干性,信道向量的量化码字可建模为一阶有限状态马尔可夫链,当前帧信道向量被量化到前一帧最大转移概率码字的子码字上,该子码字的索引以1bit反馈给发射端。链路仿真结果表明本文所提方法相比普通反馈方法可明显改善误码率性能,某些条件下还可降低反馈速率。

掺Er^(3+)玻璃上转换荧光的时间相干控制

在无序固体掺Er3+玻璃中实施了时间相干控制,对波长为670 nm的上转换荧光进行了调制,荧光强度随着延迟时间的变化而振荡变化,通过拟合得到波包的退相特征时间为300 fs;同时由光子回波信号测得由声子作用引起的波包退相特征时间。上述两个数据的一致性表明波包的快速退相是玻璃基底的声子作用引起的,从而为探索在无序固体中的相干时间控制提供了线索。

光波时间相干性的统计分析

从光场的统计性质出发，对光波的时间相干性进行数学分析，找出和时间相干性对应的函数及量值间的关系，从而揭示出光的统计理论比经典理论具有更普遍的规律性。

部分空间和部分时间相干衍射高斯-谢尔模型脉冲光束在大气湍流中的光谱移动和光谱开关

基于非稳光场的相干光理论,研究了部分空间和部分时间相干高斯-谢尔模型脉冲光束在大气湍流中的光谱变化规律。给出了两者在大气湍流中的光谱传输公式。数值计算结果表明,由于光阑衍射效应的影响,光谱沿轴向、径向均出现蓝移或红移,随着相对传输距离z/z0、空间相干参数β和折射率结构常数C2n的增大,脉冲时间相干长度Tc的减小,轴向光谱蓝移量(或红移量)逐渐增大,由明显的起伏逐渐趋于稳定并且沿径向出现了光谱开关。其数目随着截断参数δ的增大,光阑的衍射效应减弱而逐渐增多,光谱跃迁量△逐渐减小;随着脉冲时间相干长度的增大,光谱跃迁量逐渐减小,开关位置逐渐靠近z轴;而随着折射率结构常数的增大,光谱跃迁量逐渐减小,开关位置逐渐远离z轴。随着相对传输距离的增大,大气湍流对光谱的影响逐渐增大而光阑衍射效应逐渐减小,因此,光阑衍射在近场区对光谱影响较大,而大气湍流在远场区对光谱影响较大。

宽带低相干光单次时间相干性测量研究

传统测量光束时间相干性的方法是通过机械扫描的方式实现的,这种方法不能够实现单次测量,而且对于相干时间较短的宽带光测量误差较大。本文提出了一种单次时间相干性测量的新方法,通过给迈克尔逊干涉仪的反射镜引入楔角,使光束波前产生随位置变化的延迟差,可从单次测量的一幅干涉图中计算提取出光场完整的时间相干性信息。实验中测量了不同宽带入射光的时间相干性,均与理论结果吻合较好。单次时间相干性测量的方法将为高功率宽带激光装置提供更为方便的时间相干性测量手段,提高实验测量效率。

光场时间相干性的迈克尔逊干涉实验研究

利用旋转毛玻璃的方法对激光光场的时间相干性进行调制,获得时间部分相干的光源.迈克尔逊干涉实验的结果表明,调节毛玻璃的旋转速度可有效控制光场时间相干性,但是改变照射至毛玻璃上的光斑宽度对光场的时间相干性没有影响.

HGHG自由电子激光时间相干性研究

时间相干性是外种子型自由电子激光(FEL)对于自发辐射自放大(SASE)FEE具有的重要优势之一。利用自制的迈克尔逊干涉仪测量了600 nm(二次谐波)和400 nm(三次偕波)高增益谐波放大(HGHG)FEL的时间相干性,分析不同延迟时间处的干涉图样条纹可见度,得到了600 nm和400 nm HGHG自由电子激光的相干长度,分别为119±6.7 fs和112±16.9 fs。通过与光谱测量和理论计算结果进行比较,进一步验证了实验测量的准确性。结果表明HGHG自由电子激光继承了种子激光的相干性特点,这与理论预测结果相一致。

光源的时间相干性和空间相干性的量度

本文以“迈克尔逊干涉仪”装置为例，对光源的时间相干性量度——相干时间、相干长度，进行了讨论和运算；以“相氏实验”装置为例，对光源的空间相干性量度——相干面积进行了讨论和运算。

大鼠坐骨神经时间相干电场刺激建模与仿真

外周神经无损电刺激在康复医学和神经痛治疗领域有十分重要的应用。为实现无损外周神经刺激,研究了时间相干(TI)电场在大鼠下肢导电模型中的3D分布。利用多物理场仿真软件COMSOL进行有限元分析,按照适合外周神经TI刺激的电极布置方法,首先计算并分析TI电场包络调制幅度(EMA)的3D分布,随后对EMA峰值位置和电流比的关系进行拟合,并且对比了电极面积和电极间距对刺激效果的影响;最后,用同尺寸的导电体模进行实验,验证了仿真结果。实验结果表明,在刺激电极对连线上具有明显的EMA峰值,其位置相对电极对连线中间位置的偏移量xd与两刺激电流比n呈指数函数关系,当电极面积取3.14mm^2和电极间距取8mm时,xd=3.54e^0.04n-5.12e^-0.34n(mm)。此外,电极间距对EMA峰值及EMA峰值位置受电流比控制的灵敏度有显著影响。在适当的电极布置下TI方法可以在大鼠下肢建立起EMA峰值,该峰值可以受控移动到坐骨神经部位,从而对其产生选择性刺激。