制作平面全息光栅的离轴抛物镜/洛埃镜干涉系统

设计和制作具有较高波前平面度和结构稳定的干涉曝光系统是研制高质量平面全息光栅的首要条件。对离轴抛物镜/洛埃镜系统、单透镜/洛埃镜系统、球面反射镜/洛埃镜系统和双分离透镜/洛埃镜系统等4种单反射镜干涉曝光系统产生的干涉条纹直线度进行了光线追迹。在干涉场中放置标准光栅,使用于曝光的两束平行光入射到光栅上,从而衍射光相干叠加产生莫尔条纹;并对上述4个系统产生的莫尔条纹做了模拟。利用Zernike多项式对莫尔条纹进行拟合得到干涉曝光系统的波前像差,比较了4个系统的差异。结果表明,采用离轴抛物镜/洛埃镜系统制作中、小口径平面全息光栅是最为合适的。在此基础上,研制了用于制作最大尺寸为110 mm×110 mm,刻线密度〉1 200 l/mm的平面全息光栅的离轴抛物镜/洛埃镜干涉曝光系统,在洛埃镜和离轴抛物镜面形精度为λ/8（λ=632.8 nm）的前提下,平面全息光栅的衍射波前像差为0.239 6λ（λ=550 nm）。此系统经过消除外界扰动和精细装调后,可用于制作衍射波前像差达λ/6~λ/7（λ=550 nm）以上的平面全息光栅。

数字平面全息光栅实验研究

通过数字全息实验平台,制作平面全息光栅,利用高精度CMOS相机记录两束平行光的干涉,改变两平行光束的夹角和光斑相对方向,观测干涉条纹的疏密变化和方向变化,加深学生对光的干涉的理解,训练学生基本光路的搭建与调整。

平面全息中镜像、共轭像的实验分析

从全息记录与再现技术特点出发,对平面全息中的原始像、镜像、共轭像和共轭像的镜像的再现进行了分析,讨论了每个像再现的方法,实验结果表明此方法正确。

平面全息光栅制作过程中精确判断线槽的新方法

本文提出了在平面全息光栅制作过程中精确判断线槽的新方法,指出了采用球面波获得直线形线槽的途径,对平面全息光栅光栅常数的检验精度给予了分析。结果表明。

联合全息平面与物平面的全息图质量评价

数字全息图可为用户提供更详细的3D信息;但其编码失真及特殊的性质为其质量评价带来了挑战。提出了一种联合全息平面与物平面的全参考全息图质量评价方法。首先,在全息平面上利用信息保真度准则度量了压缩全息图的退化程度。其次,在物平面上对重建的多视口参考全息图和压缩全息图提取显著性加权的梯度相似度,再利用Grünwald-Letnikov分数阶导数度量全局特征变化;结合二者计算重建的多视口参考全息图和压缩全息图的相似度。最后,将全息平面的计算结果和物平面的相似度作为联合特征,利用随机森林对以上特征进行训练,建立质量评价模型。实验结果表明,所提出方法的PLCC约为0.9179,SROCC约为0.9075,优于相关代表性全息图质量评价方法,与人眼主观感受契合度更高。

改进的加权迭代多平面全息显示方法

在多平面全息图的设计过程中,为了减小各平面之间的相互串扰,本文提出了一种改进的加权迭代多平面全息图生成方法,使用权值约束来减少各平面之间的相互影响,从而提高多平面全息显示的质量。通过对全息图的约束控制,可以使各平面的目标强度分布更均匀,并且在不降低计算速度的前提下,该方法相比于未进行约束控制时相当或具有更高的重建质量。为了验证结果,使用了相同和不同的目标图像,对6个离散平面的多平面全息图进行了数值模拟与实验验证。本文为高质量的多平面全息显示提供了一种新方法。

基于等效源法的平面近场声全息及其实验研究

目前的平面声源全息重建与预测的主要方法是基于FFT的近场声全息技术,但是该方法存在卷绕误差、边缘重建误差等很多固有的影响重建精度的因素,有时甚至会导致重建结果严重失真。本文提出将等效源法应用于平面声源的全息算法,由于该方法不涉及到波数域空间变换,所以避免了卷绕误差和边缘重建误差,简化了计算过程,有利于工程实际推广。文中首先从理论上推导出了等效源法用于平面声源的理论模型,并以点激励固支板的声辐射实验,验证了该方法的正确性和有效性.

统计最优平面近场声全息对振动体的定位研究

基于空间傅里叶变换的平面近场声全息(FFT-based planar NAH)技术对全息面尺寸的要求,在很大程度上限制它的应用范围。为此,引入了统计最优平面近场声全息(SOPNAH)技术,并提出了一种确定波数矢量的新方法。SOPNAH通过全息面上测量声压的线性叠加来反演重建面上的声学量,可以从理论根源上克服FFT-based planar NAH的局限性。实验结果表明,SOPNAH能实现振动体的精确定位及其辐射声场的可视化,并且要求的最小全息面面积比FFT-based planar NAH要小。

平面近场声全息中正则化参数的确定

近场声全息的逆向重建过程属于线性病态逆问题,必须进行正则化处理。本文对三种基于Tikhonov正则化的参数选择方法,即离差原理法、广义交叉验证法、L曲线法,在不同全息距离、声源频率和信噪比的条件下进行了比较,结果表明,它们在远距离及低噪声环境下难以获得合适的正则化参数。采用等效噪声方差的方法,对其中较为稳定的离差原理进行了改进,使其在较远全息距离及低噪声环境下仍能获得合适的正则化参数。相应的仿真实验表明,改进后的离差原理法在很宽的信噪比(>6 dB)和较远的全息距离(～10 cm)均能稳定地找到合适的正则化参数。此外,由于该方法无须对全息声压进行平滑处理,其有效重建孔径和全息孔径相等。

平面近场声全息重建结果不准确性问题的研究

平面近场声全息作为一种有效的声场分析方法被广泛用于声场分析和振动体的振动模态及其辐射声场的研究。在介绍了平面近场声全息理论的基础上,指出了利用该方法进行声场重建时存在质点振动速度和声强重建不准确的问题,并从理论分析和模拟计算两个方面给予了证明,在此基础上进一步分析了该方法的应用局限性。

重建参数对平面近场声全息重建精度影响研究

针对近场声全息重建结果不准确性问题,基于平面近场声全息的基本原理,分析了使用k-空间抽样格林函数逆向重构过程中产生重建误差的原因,并研究了重建距离、重建频率和采样点数等重建参数的变化对声压重建精度的影响.研究结果表明:重建精度随着重建距离的增加而降低;随着重建频率的增加,重建精度逐渐降低;在全息面大小不变时,采样点数越多,重建精度越高;在采样间隔不变时,重建精度随采样点数的增加而增大.

基于空间傅里叶变换的平面近场声全息中信噪比估计方法研究

在近场声全息技术中，信噪比是一个非常重要的参数，但无法直接测量。为解决此问题，给出了基于空间傅里叶变换的平面近场声全息中两种可靠的信噪比估计方法：能量法信噪比估计和幅值法信噪比估计；其中能量法信噪比估计更精确，而幅值法信噪比估计更简单。采用两种方法进行信噪比估计，都可以得到较真实的信噪比结果。数值仿真和实验结果验证了两种方法的正确性和适用性。

基于平面声全息的全空间场变换:Ⅱ.水下大面积平面发射声基阵的近场声全息实验

研制了一套多通道水声声全息测量系统,解决了多通道系统的校准及弱散射水听器接收线阵的设计等问题。在非消声水池内,利用该系统对水下大面积平面发射声基阵进行了近场声全息实验,给出了声基阵表面的声强分布、声基阵各阵元及全阵的辐射声功率、基阵远场空间指向性图和指向性参数等。实验结果证明脉冲法和分区扫描数据合成的测量方法是可行的,实验系统的设计与实施方法可用于更大规模的声全息系统。

基于压缩感知的平面近场声全息方法及其应用

传统的平面近场声全息在其重建过程中,无论采用波数域滤波或是正则化方法,都无法解决其本身的不适定性,进而无法提高重建精度。基于压缩感知的平面近场声全息,有效地利用了质点振速信号的稀疏性,将传统地直接求解质点振速转化为间接求解稀疏系数,避免了重建过程中的不适定问题。结合基于Tikhonov正则化方法的平面近场声全息,从数值仿真角度分析了两种方法的重建精度,结果表明,基于压缩感知的平面近场声全息方法具有很好的重建精度,尤其是在重建面的边界区域。最后,应用该方法有效地识别出了冰箱的噪声源,为其噪声控制提供有效依据。

基于平面声全息的全空间场变换:Ⅰ.原理与算法

首先证明了NAH变换中两种Green函数变换关系式对最终的场变换结果的一致性,给出了NAH变换中主要参数之间的定量关系式,进行了滤波窗的性能优化分析。利用 NAH变换与Helmholtz积分,提出了改进的远场指向性快速计算方法,与DRL方法相比,该方法对声源形状的适应性更强,计算精度更高。

运动流体介质和剪切层共同作用下平面近场声全息技术改进

传统的平面近场声全息将全息面置于射流内部。为了降低窗效应和卷绕误差对重建精度的不利影响,一般要求全息面尺寸为声源的2倍以上,而较大尺寸的传声器阵列放在射流内部会干扰射流的稳定。针对这一问题,提出将整个全息面置于射流外部的方法。根据经典的剪切层修正理论,首先分析声波由声源传播至全息面过程中路径和幅值的改变,继而推导出修正后的声场传播公式,最终建立起马赫数小于0.3的运动流体介质和剪切层共同作用下的平面近场声全息理论模型。数值仿真表明,改进后的平面近场声全息技术能够得到高分辨率的重建声场,对气动噪声源的定位精度较高,并且具备一定的抗干扰能力。

基于位移传感器的全息平面变间距光栅设计研究

探讨了基于变间距光栅位移传感器的基本原理,运用遗传算法优化计算了记录光路,且指出了将记录参数误差所具有的影响考虑在目标函数当中,推导了目标函数所具有的具体积分形式,实现了计算效率的提升,对于用作位移传感器的平面变间距光栅,对球面波与非球面波干涉情况下以及球面波干预期所具有的全息记录参数进行计算,最终得到了线密度误差曲线,并完成了全息平面变间距光栅的制定工作,且在位移传感器中成功应用.

粒子场全息的自由度分析

根据信息论的基本原理 ,从平面全息系统成像全过程的一般方程出发 ,利用回转椭球波函数以及平面全息系统的自由度表达式 ,对在实际工作中粒子场全息测量可能遇到的几种实验记录系统进行了分析计算 ,得到了相应的系统成像自由度的大小。同时根据信息匹配的原则 ,给出了粒子场所能成像的物场范围。比较了各种构型全息系统的信息量的大小 ,并进行了简要讨论。

三种白光再现全息图的拍摄

光学全息照相是存储和再现三维物体的立体像技术,教学实验中大都采用拍摄漫反射全息图和激光再现,而白光再现全息图的拍摄却不常见。为使全息图在白光下也能再现,扩大全息照相在教学中的应用范围,笔者在已掌握的理论依据和漫反射全息图拍摄经验的基础上,经多次实验,终于拍摄出了三种利用白光再现的全息图,即:反射全息图、像平面全息图和彩虹全息图,并总结出了一些拍摄白光再现全息图的经验技巧。