高斯相关随机表面光散射散斑场相位奇异及其特性的理论研究

通过对二维高斯相关随机表面在远场平面上产生的散斑场及其相位的计算模拟,发现在某一平面上除了实部零值线与虚部零值线有传统相交之外,还有相切和重合的情况.切点和重合线也可以形成相位奇异,并且其周围相位分布与传统的实部零值线与虚部零值线相交形成的奇点周围相位的螺旋变化不同,呈现出对称性和不连续性的特征.随着光波的传播,在不同的观察面上散斑场复振幅的实部零值线和虚部零值线的相对位置经历了由相切到重合再到相交的演变过程,相位奇异现象也随之发生变化.

方形环孔和圆环孔形成的散斑场及相位奇异特性的理论分析和实验验证

通过对方形环孔和圆环孔形成的散斑场及其相位奇异性的研究,发现在某一平面上实部和虚部零值线的位置关系出现了复杂相切相交的情况,复杂相切相交点也形成相位奇异,并且其周围相位分布与传统的实部零值线与虚部零值线相交形成的奇异点周围相位的螺旋变化不同,呈现出对称性和不连续性的特征.方形环孔和圆环孔形成的散斑场的散斑颗粒分布与传统方孔不同,受散射孔径的调制分别排成水平或竖直的条纹状轮廓和类似于圆形的轮廓,在散斑场的局部光强图中出现了很多类似于圆形的黑暗区域,称其为"光强暗核",其中心对应着一个相位分布较均匀的涡旋.

大散射角散斑场中有关相位奇异新特性的研究

利用散斑场和参考光的干涉提取散斑场复振幅和相位,研究了不同散射角下散斑场相位的分布规律以及相位奇异处光波复振幅实部零值线和虚部零值线夹角、光强等值线离心率的统计特性.在大散射角散斑中发现了一种新的相位奇异现象,即相位奇异线;研究了相位在跨越奇异线时的突变规律及涡旋状相位的分布特征,发现在相位奇异线处存在着呈双曲线或抛物线状的光强等值线.

飞秒激光在锥形镀膜探针传输中相位奇异的研究

利用数值模拟的方法对飞秒激光脉冲中光波振荡一个周期内不同时刻的光场进行了计算、比较,获得了输出端平面内各空间点处光场的最大值及达到最大值时对应的时间,得到了探针近场的振幅和相位分布.在研究振幅分布的过程中发现,在探针输出端的有些区域振幅始终为零,即在光波振荡的一个周期内这些区域始终为相位奇异点;通过分析相位分布得到了相位奇异随时间的演化及相位奇异的特点.

水下高斯界面背向散射超声散斑场的相位奇异

为了精确描述超声散斑场的特性,提出了采用计算机模拟产生超声散斑场的方法.利用模拟产生的高斯相关随机表面,获得了这类表面远场超声散斑场,同时得到了声强分布和相位分布.与实验产生的散斑场进行对比,建立了超声散斑场接收的实验系统,取与计算模拟相同的参数,获得了实验散斑场.通过对比发现:计算机模拟产生的超声散斑场相位存在奇异点,奇异点周围相位分布类似漩涡,计算机模拟产生的散斑场与实验得到的散斑场强度分布相似,强度值比实验产生的散斑场强度大,携带有用信息的高亮散斑较多,暗点较少,更利于研究和分析.

二维方向小波构造的新型散斑相位奇异法测量面内微位移

提出了一种二维方向小波构造的新型散斑相位奇异法测量面内微位移。根据二维方向小波的极化分析能力,选取旋转角度为π/2,分别对位移前后的图像进行x和y方向的极化分析,构造了一种网状结构的分布稳定的相位奇异点图;提出了两步位移测量的新方法,通过两次傅里叶变换和减运算输出的两个相关亮点图像得到初步位移量,由初步位移的半网格宽度和匹配最邻近奇异点对间的位移求待测物体的精确位移;分别进行仿真模拟和激光鼠标定位实验。结果表明,奇异点在不同噪声条件下的正确匹配率在90%以上,实际的鼠标位移和方向与测量值的鼠标位移和方向之间的误差小于0.5 pixel和1°。该方法具有奇异点正确匹配率高、测量精度高、对噪声不敏感、稳定性好等优点,能够精确定位激光鼠标的位移和方向。

信号相位匹配原理的正弦信号参数总体最小二乘估计方法

利用信号相位匹配原理进行正弦信号最小二乘估计可提高低信噪比时的估计精度,在此基础上进行改进,应用总体最小二乘方法对正弦信号进行参数估计,能进一步提高精度.利用信号增强技术对观测序列进行预处理,能改善估计效果.仿真实验表明,本文方法性能优于最小二乘方法.

部分相干平顶光束空间相干度的传输方程及特性

根据惠更斯-菲涅耳原理,导出了部分相干平顶光束在自由空间中光束空间相干度的传输方程,并通过数值计算研究了光束空间相干度的传输特性.研究表明,部分相干平顶光束空间相干度会出现振荡和相位奇异现象;随光束相关长度和光束阶数的减小,光束空间相干度的振荡减弱,相位奇异点减少;随光束传输距离的增大,光束空间相干度的振荡增强,相位奇异点增多,且宽度增大,即光束的空间相干性变好;光束空间相干度宽度与光强宽度的关系与光束阶数和光束传输距离无关,仅与光束相关长度有关.

部分相干平顶光束在大气湍流中空间相干性研究

采用Rytov相位结构函数二次近似的方法和广义惠更斯-菲涅耳原理,推导出了部分相干平顶光束通过大气湍流传输的空间相干度公式,研究了湍流对光束空间相干特性的影响。研究表明:部分相干平顶光束的空间相干性由大气湍流折射率结构常数、光束的相对空间相关长度、平顶光束的阶数、传输距离和观察点位置坐标等因素共同确定。部分相干平顶光束通过湍流大气传输时,其空间相干度会出现振荡和相位奇异现象,但随着湍流的增强,振荡减弱,直至振荡和相位奇异现象消失。