波前函数法在光波干涉教学中的应用

本文介绍了波前函数的概念,并利用波前函数法分析讨论了光的杨氏双缝干涉和薄膜干涉现象.传统光程法在讨论两列波干涉时比较直观简单,但在讨论多列波干涉的情况下,光程法简单性的优势将无从体现.和传统的光程法相比较,在讨论多列波相互叠加时,波前函数法的优势凸显,另一方面,波前函数法充分体现了波动的物理思想,刻画出电磁波的传播和叠加的物理图像,有助于学生深层次理解波动概念.

基于深度学习的机载遥感通信系统自适应光学波前校正技术

自适应光学波前校正过程易受复杂背景、光照强度、噪声信号等问题的干扰,导致校正的效果降低。为了解决上述问题,提出基于深度学习的机载遥感通信系统自适应光学波前校正技术。通过相位差法实现自适应光学波前的探测,采用小波变换算法剔除其中的噪声,避免噪声对校正过程产生干扰。根据深度神经网络的预测与自学习能力构建动力学模型网络、策略网络与决策单元,通过与校正阈值的对比,完成机载遥感通信系统自适应光学波前的校正。实验结果表明,所提方法的斯特列尔比接近1,且校正时间短、校正效果好。

波前相因子法对成像公式推证

用波前相因子判断法对单球面折射。

大气相位屏的协方差冲激函数产生法

提出正交基为冲激函数的协方差法,在Matlab中仿真实现符合大气湍流统计分布(vonKarman谱和Kolmogorov谱)的大气相位屏。协方差冲激函数产生法对连续波前相位进行冲激函数正交分解,根据正交分解系数的协方差模拟平行光通过大气后的瞬时波前相位。计算多帧相位屏的波前结构函数,与理论值比对,验证产生大气相位屏的正确性。根据比对结果得,该方法产生的相位屏精度高,对于Kolmogorov谱,该方法产生的大气相位屏的波前结构函数误差约为理论波前结构函数均值的1%。

大气相干长度的瞬时测量

由于差分像运动监测法测量大气相干长度需要多帧统计,本文应用波前结构函数法,提出了一种大气相干长度的瞬时测量方法。该方法通过Shack-Hartmann波前探测器测量单帧短曝光畸变波前的Zernike系数;然后减去光学系统初始像差的Zernike系数,去除倾斜项,计算波前结构函数;最后,与满足Kolmogorov湍流理论的大气短曝光理论波前结构函数进行最小二乘拟合,得到瞬时大气相干长度。利用湍流相位板构造了相应的测试系统,并进行了外场实测对比。结果表明:提出的基于波前结构函数法的测量结果与差分像运动监测法的测量结果基本吻合;不同格林伍德频率下,标准差与均值之比小于4.1%,稳定性较好;外场比对累计16个夜晚,得到的平均偏差小于0.45cm。该方法可以实现空间目标大气相干长度的单帧瞬时测量,并可用于观测站点的视宁度、自适应光学系统内部大气湍流强度和地基大口径望远镜主镜视宁度的监测。

大尺度相干结构的光学特性研究

根据大气近地面层对流湍流池的实验结果 ,提出了一种用于描述大尺度相干结构的立体模型———椭球结构模型。计算并分析了该大尺度相干结构对光传输波前相位结构函数的影响 ,且和小尺度湍流结构作了比较。对于相同的参数 ,光线平行于间断面时造成的影响大于垂直于间断面 ;一般情况下 ,影响都很小 ;但当光线平行穿过具有三角波模型结构的间断面时可能产生较大的影响。

激光微加工中的像差分析与补偿措施研究

激光微加工中,被加工材质与空气的折射率不同会产生像差,影响加工效果。基于激光微加工机理,运用波前像差函数推导出像差表达式,得到光学系统参数、加工深度与像差的关系曲线。采用泽尔尼克循环多项式对像差进行补偿,获得补偿后的系统点扩散函数。以双光子飞秒脉冲激光在光致变色材料上进行点加工为例,对该补偿函数进行数值模拟。仿真结果表明建立的补偿模型能有效校正像差。初级像差补偿后,加工点荧光信号强度衰减现象得到显著改善,加工深度可接近600μm;二级像差补偿后,信号强度基本不随加工深度的改变而改变。提出使用开普勒望远镜系统进行像差补偿的方法并进行试验,对补偿效果进行深入分析。理论与试验结果为激光微加工过程中减小像差,改善加工效果提供了充分的依据。