基于角谱法的振幅型光子筛的设计和分析

对光子筛的聚焦成像原理作了分析,并用平面波角谱方法对光子筛聚焦成像进行了数值模拟.模拟结果表明,光子筛聚焦具有提高分辨率和抑制高级衍射的优点.在理论分析和计算机模拟的基础上,设计并制作了Fresnel波带片、未平滑处理和平滑处理后的光子筛.用波长为532nm激光光源对波带片和光子筛聚焦光斑进行检测.结果表明,光波通过光子筛聚焦后的光斑比波带片的光斑更细,成像对比度更高.

角谱法的等价形式与近似公式

运用坐标变换非常简明地证明了平面波角谱衍射理论与第一类瑞利-索末菲衍射积分的等价性,并由角谱表示直接导出衍射的近似公式-菲涅耳-基尔霍夫衍射、菲涅耳衍射、夫琅和费衍射。

基于角谱法分析圆形活塞声源近场声特性

圆形活塞的声辐射应用较广,大多数超声检测应用中所用的声源,都可视为活塞式辐射器。利用角谱法分析了传播波和倏逝波在声场轴线上的分布与空间位置、声源半径及辐射频率间的关系,通过比较两种波的声压幅值确定了倏逝波的有效传播距离。利用近场声全息(NAH)理论计算了倏逝波在换能器近场空间的声压分布,并对结果进行误差分析。仿真结果表明,基于空间傅里叶变换的角谱法和NAH法均可准确反映圆形活塞辐射近场声压呈现数衰减的分布规律。

卷积法和角谱法再现显微全息图时补零数的研究

针对全息图补零法的补零数对再现像和系统效率的影响,结合数字全息显微术中卷积法和角谱法数字再现的原理和再现面与物体放大像尺寸的关系,研究补零数对再现像和系统效率的影响,并采用梯度法来评价再现像的质量。对全息图采用频率滤波提取实像或共轭像的频谱,再采用卷积法或角谱法数字再现,获得物体的放大像。结合再现像的质量和效率两方面因素,提出了补零数的选取依据,即以再现面的物理尺寸不小于物体的放大像时的最小补零数作为最佳补零数,此时能以最小的计算量获得最高质量的再现像。通过实验验证,结果与理论分析一致,证明了选取补零数的依据。

电磁衍射理论中的角谱法

<正> 求解电磁波的衍射问题,通常有惠更斯法和角谱法~[1]两种方法,前者为大家所熟知,本文主要用角谱法解电磁波的衍射问题.1角谱法的基本原理将空间某一平面(通常设为 z-0平面)

改进的带限缩放角谱法在长距离衍射计算的应用

针对角谱法在远距离衍射计算时的失真问题,分析其原因为有效频谱成分减少和频谱混叠造成的计算误差。结合带限角谱法的频域采样特性,对缩放角谱法进行了改进,并应用于大尺寸方形长焦透镜、圆形轴锥透镜和平顶光束衍射光学元件的衍射场分布计算。结果表明,相较于原始的带限角谱法和缩放角谱法,改进算法获得的衍射场分辨率更高且不存在边缘失真现象,在大尺寸口径、长距离、小衍射场精确计算方面具有重要的应用潜力。

拉盖尔高斯光束矢量远场特性的角谱法分析

基于非傍轴矢量光束传输理论,研究了拉盖尔高斯光束的远场特性。运用角谱衍射公式以及稳相法,得到了初始为线偏振态的拉盖尔高斯光束传输一段距离后的矢量电场分布的解析表示式。数值计算了初始为x方向偏振的拉盖尔高斯光束沿z轴传播时各方向的电场分量及等相面空间分布。结果表明,传输一段距离后,出现了平行于传播方向的电场分量,其强度分布呈双峰结构,且其值远小于垂直电场方向的分量值;随着拓扑荷数的增加,该平行分量增加,光斑发散程度也相应增强。该光束等相面呈螺旋状分布。

飞行物体对微波链路遮挡效应的角谱法分析(邀请)

利用包括低轨卫星星座及同步轨道卫星等无线通信空中平台所发出的微波信号,提出一种基于飞行物体对微波的遮挡效应进行飞行物体监测的方法。如何定量分析遮挡效应是这种新方法需要解决的一个关键问题。由于微波衍射和光衍射本质上是相同的,提出利用光学分析的方法来解决这一问题。通过将整个微波链路系统用一个简化的光学系统来描述,用角谱法计算并分析了飞行物体相对于微波传播路线的移动速度、飞行物体高度等参数对接收机接收的微波强度的影响,为进一步研究这种新的监测方法奠定了基础。

菲涅耳全息图的数字再现方法比较

基于标量衍射理论和快速傅利叶变换,详细分析了菲涅耳衍射积分的三种计算机模拟算法,并将这三种算法运用到菲涅耳全息图的数字过程中.理论分析表明,在全息图的像素数、抽样间隔以及再现波长一定的情况下,按抽样对象的不同,菲涅耳衍射积分的计算机模拟算法可分为卷积法、角谱法、直接傅利叶变换法.通过对相位函数局域空间频率的分析,给出了判定算法适用范围的特征再现距离,并分析得出,再现距离大于特征再现距离时,适合用卷积法;小于特征再现距离时,适合采用角谱法;等于特征再现距离时三种方法都适用.

声场计算中的常用方法

对复杂声场进行计算与仿真模拟,既是国内外学者研究的热点,也是近代声学理论与应用中的重要内容。结合作者的研究工作,本文简要介绍了求解稳态声场的几种典型的、基本的方法,如点源叠加法、角谱法、数值计算方法、解析-数值计算联合方法、射线法、统计声学等方法,并给出了相应的计算实例。分析了这些计算方法的特点,指出了使用相应方法时应该注意的问题,并展望了声场计算领域未来的发展方向。本文只限于已知声源特征和信息的条件下,根据声场的控制方程求解其产生的声场特性,不涉及逆问题,即由声场反推、求解声源的特征和信息。

融合多个面上光强信息的混合迭代相位恢复算法

在自适应光学、光学加工检测及激光光束质量检测等诸多领域,经常涉及到相位恢复问题。研究相位恢复的数值算法,具有较强的现实意义。文中给出了一种融合多个离焦面上的强度信息,以恢复输入面上相位分布的混合迭代算法。首先采用共轭梯度迭代方法求解,将所得结果设定为新的迭代初始值,并利用角谱法对此进行优化,以进一步提高相位恢复的精度。模拟实验表明,该算法具有良好的收敛性能和较高的相位恢复精度,且适用于输入面上振幅分布无法直接测得的场合。

聚焦超声声场中的散射体成像方法

在实验室条件下,研究了聚焦超声声场中的散射体成像问题。将一个纽扣作为散射体置于一聚焦换能器所产生的声场中,以频率为1.17MHz的脉冲信号经功率放大后激励聚焦换能器,声波作用于纽扣后发生散射,借助于三维自动扫描系统和PVDF膜片水听器,测量得到了散射声场中前三次谐波的声场分布,膜片水听器敏感元件有效尺寸为1mm。利用角谱法反演了散射体所在处的声场,通过与散射体实际的形状特征进行比较,发现反演的结果与散射体特征吻合良好,由此得出结论,在信噪比足够大的情况下,利用聚焦声场所产生出的高次谐波,可以得到分辨率较高的成像效果。

基于数字微镜器件的计算全息3维显示

为了进一步研究计算全息3维显示的方法,以数字微镜器件为空间光调制器,采用层析法,结合菲涅耳衍射积分算法中的角谱法,探讨了全息图的计算与数字微镜器件参量之间的关系,并利用修正立轴参考光编码的方式,得到了菲涅耳计算全息图。通过对计算全息图进行数值模拟及实验验证,均得到了较好的再现像。结果表明,该方法实现了3维物体的再现,为计算全息3维显示提供了一种有效的方法。

微小孔近场衍射中的传播波和倏逝波

用角谱法分析了微小孔近场衍射中的传播波和倏逝波 ,并对平面波圆孔衍射进行了数值计算 ,得到了一些新的结论 .

发散波束在媒质界面上的Goos-Hnchen位移与焦移

在全反射中研究了发散波束在两种不同媒质界面上Goos-Hnchen位移与焦移。首先,通过建立发散光束全反射简单光线模型来显示焦移的形成。然后,从波动光学出发,利用Fourier光学中的角谱法推导出Gauss发散波束入射下Goos-Hnchen位移和焦移的近似关系式。结果表明,由Carniglia和Brownstein针对于均匀波束提出的Goos-Hnchen位移和焦移的微分关系式同样也适用于Gauss发散波束入射的情况。最后,通过数值模拟总结出了焦移的一些不同于Goos-Hnchen位移的特殊性质。这些特殊性质的发现为改善现有实验和工程精度提供了新路径。

正弦高斯涡旋光束的远场传输特性

根据角谱法和稳相法,推导了正弦高斯涡旋光束TE波和TM波在远场传输和能流密度的解析表达式,研究了正弦高斯涡旋光束在远场中的相位奇点和能流密度分布.结果表明:正弦高斯涡旋光束的远场特性与高斯光束的束腰宽度、涡旋离轴量、坐标位置以及与正弦项相关的参量有关.在一定条件下,远场中会出现相位奇点和能流密度黑核;当控制参量改变时,相位奇点和黑核的位置会发生移动,但原点处不受影响.相位奇点和能流密度的对称性主要受涡旋离轴量影响,当涡旋离轴量为0时,相位奇点和能流密度分布关于原点对称;当涡旋离轴量改变时,相位奇点和能流密度分布呈现出非对称性.

空心高斯涡旋光束的远场特性

基于角谱法和稳相法,推导出了空心高斯涡旋光束的TE波和TM波在自由空间远场传输和能流密度的解析表达式,研究了其相位奇点和能流密度分布。结果表明,空心高斯涡旋光束的远场特性主要跟控制参数有关。改变光束中的涡旋离轴量,光涡旋和能流密度黑核会发生移动。圆刃型位错线的半径和能流密度暗环位置跟束腰宽度有关,而能流密度的对称性主要受涡旋离轴量的影响。

数字全息成像技术测量侧边抛磨光纤包层剩余厚度

测量侧边抛磨光纤(side-polished fiber,SPF)的包层剩余厚度对其应用有重要的指导意义,现今的测量方法均有所不足,现提出一种基于数字全息技术的测量方法。利用单模光纤纤芯折射率比包层折射率高的特点,基于数字全息成像技术,通过角谱传播法对二维全息图进行相位重构,并通过精确最小二乘法解相位包裹,得到侧边抛磨光纤的相位分布图。根据重构的相位分布图,进一步运用相关的边缘提取算法处理得到侧边抛磨光纤包层剩余厚度。实验测量结果与电子扫描电镜(SEM)测量结果相比,测量相对误差小于0.5%。这种测量方法是一种直接测量方法,减小了间接测量法中由于光纤不对称以及SPF轮廓边缘衍射所带来的测量误差,为侧边抛磨光纤包层剩余厚度的无损、在线测量提供了一种新的途径。同时,此方法还可应用于测量其他特种光纤,例如光子晶体光纤、微纳光纤等。

基于POCS的数字全息显微系统的超分辨实验研究

为提高数字全息显微系统的重建效果,将凸集投影算法应用于数字全息中,以实现数字全息的超分辨重建.首先,在数字全息和凸集投影法的理论基础上,搭建透射式离轴数字全息显微实验光路.然后,利用分辨率板验证凸集投影法在全息图超分辨率复原中的有效性.最后,通过微透镜阵列验证该方法在三维重建中的可行性.将参考全息图的三维重建结果,分别与低分辨率全息图和超分辨率复原全息图的重建结果进行残差估计.结果表明,后者残差的峰谷值和均方根值相比前者分别降低了36.88%和70.66%,证明该方法能够实现数字全息的超分辨重建.

无透镜智能显微成像装置设计

为解决传统显微系统因固定分辨率-视场积而无法同时实现高分辨率大视场成像的问题,无透镜成像技术应运而生,但现有无透镜成像装置自动化、智能化程度低,无法实现自适应成像。基于此,设计了一套无透镜智能显微成像装置,该装置包括无透镜成像模块、自适应位移台及电脑端上位机。其不仅能够在大视场下实现较高分辨率成像,且配合自适应位移台能够实现成像视野的自适应调整。结构简单、无像差干扰、自动化程度高,能够满足教学演示及演示实验需要。