涡街流量计信号的高阶统计量特征

涡街信号的正确分析和有效处理是实现涡街流量计准确测量的先决条件之一.为研究涡街信号的非高斯性,提出了一种基于高阶统计量方法的涡街流量计信号分析的新方法.通过对涡街管壁差压信号的双谱分析,提取了不同流量下信号的非高斯特征.以信号的双谱幅度最大值作为特征参数,对不同流量下涡街信号偏离高斯分布的程度进行了定量估计.实验结果表明:涡街信号的非高斯性随着流量的增大而不断增加.这一研究结果为深入理解涡街现象、进一步优化涡街流量计的设计提供了有力的参考.

高阶贝塞尔-高斯脉冲光束相位奇点的演化

推导出被光阑衍射高阶贝塞尔-高斯脉冲光束的场和光强分布的解析公式,对其相位奇点的演化特性做了计算和分析。结果表明,高阶贝塞尔-高斯脉冲光束经光阑衍射后,中心光涡旋始终存在,拓扑电荷守恒。随脉冲频率和脉冲宽度增加,等相位线均沿逆时针方向旋转,涡旋核随脉冲频率增加而减小,而脉冲宽度对涡旋核大小几乎无影响。等相位线随截断参数和传输距离的增加分别沿逆时针和顺时针方向旋转,涡旋核大小随截断参数增加而变化,随传输距离和光束阶数的增加而增大。

含多阶涡旋的无衍射阵列光束的设计

涡旋在光学领域一直有很广泛的应用价值,光学微操纵技术,自由空间的光通信,以及光学测量技术都用到了涡旋光.而高阶涡旋光和阵列涡旋光更是对粒子的批量自组装具有高效的作用,但以往的论文设计出的高阶涡旋光只局域在很小的传播范围(10^(-6)m),所以几乎没有应用价值.本文从理论上设计了含高阶涡旋的阵列涡旋无衍射光场,这种光场的无衍射传播距离大约在30cm左右.在数学上通过傅里叶变换方法推导了阵列涡旋无衍射光场的数学表达式,用数值模拟的方法得到了涡旋阵列光场,实验上利用空间光调制器(SLM)得到了多阶涡旋阵列光场.此外,我们还测量了这种多阶阵列涡旋光场的无衍射距离.本文的研究在光学微操纵,粒子批量自组装等领域具有应用价值.

经光阑衍射的高阶贝塞耳光束位相奇点演化特性

推导出了高阶贝塞耳光束通过有光阑近轴ABCD光学系统传输的解析公式,用以研究了高阶贝塞耳光束被光阑衍射位相奇点的演化特性.结果表明:高阶贝塞耳光束经光阑系统衍射后,中心光涡旋始终存在,拓扑电荷守恒,但涡旋核大小会随光阑半径、传输距离和光束阶数而变化;随光阑半径和传输距离变化,圆刃型位错会消失或产生.

用旋转多普勒方法解析矢量涡旋光的偏振特征

矢量涡旋光在光学微操控和光通信领域均具有独特优势。旋转多普勒效应常应用于涡旋光拓扑荷的研究,分析矢量涡旋光的旋转多普勒效应可以有效导出其丰富的偏振性质。提出了一种基于旋转多普勒效应分辨矢量涡旋光偏振旋转方向的方法,对应于矢量涡旋光符号的识别。在所提出方法中,矢量光经过旋转物体散射,散射光由于多普勒效应,各组分之间产生强度随时间周期性变化的拍频信号。拍频信号变化函数的相位取决于矢量涡旋在高阶庞加莱球上的代表点的赤道角,相位变化率取决于涡旋光拓扑荷。本工作提出测量理论并通过实验验证了涡旋方向相反的两种矢量光的拍频信号,为矢量涡旋光拓扑荷的符号测量提供了一种新的可行方法。

频域数字高阶涡旋散斑相关法测量面内微位移

针对采用传统频域数字散斑相关法测量面内微位移受到噪声的影响严重、测量精度低等问题,提出了一种新的频域数字高阶涡旋散斑相关法。首先,通过高阶涡旋散斑图生成实验,发现了高阶涡旋散斑图具有抗噪声干扰能力强、在相关器输出面上能得到面积小且亮度高的相关点,于是将待测物体的高阶涡旋散斑图作为测量对象;然后通过理论计算推导,应用减运算合成位移前后的高阶涡旋图,可以在相关器输出面上同时显示位移前后的两个相关点,突破了传统方法只能显示位移后一个相关点的现状,并且有效抵消了背景噪声;最后设计了一种新型的滤波器对合成图进行匹配滤波,可以生成峰值锐利的相关光斑图。实验结果验证了,该方法使得测量精度和抗噪声干扰能力得到极大提高,在不同噪声干扰下相对误差仍能保持小于2%。

近场高阶庞加莱球上拉盖尔-高斯光束的自旋-轨道耦合

对非傍轴条件下光学角动量及自旋-轨道耦合的研究有助于人们认识亚波长结构中的光现象,近场中的倏逝波也可能产生强烈的自旋-轨道耦合。基于角谱衍射理论和Parseval定理,详细分析了高阶庞加莱球上拉盖尔-高斯矢量涡旋光束的传播波、倏逝波和角动量的近场演化特性以及倏逝波引起的自旋-轨道耦合。结果表明,在亚波长束腰宽度光束的源平面附近倏逝波作用强烈,在总光场中占主导地位。此外,近场中的轨道角动量同时包含横向电场和纵向电场的贡献,倏逝波中横向自旋角动量和横向偏振态相关,且存在自旋方向锁定现象。该研究为矢量涡旋光束在亚波长结构中的研究和应用提供了理论依据。