一种液晶相控阵中基于迭代的相位恢复算法

在液晶相控阵中,由于电压量化、边缘效应、液晶器件制造工艺等因素的影响,导致实际的波前相位面与理想的波阵面存在误差。因此,在应用中要依据实际出射相位与理想出射相位的偏差,反复地修正加载电压,对入射激光波前进行相位调制,以此来满足视场域内波束扫描的需要,这也是液晶相控阵波束控制技术研究的关键问题。为解决上述问题,提出了一种波前相位恢复算法。该算法利用三个输出面的幅度信息迭代计算出波前相位分布,相比只用两个输出面幅度信息的相位恢复算法,该算法具有较高的精确度。同时,该算法利用角谱理论处理输出面的光场传播过程,使得所得到的恢复结果更加精确。仿真实验进一步表明,这种算法在精确度、效率上同时具有优势。     

基于相位恢复的无调制四棱锥波前传感器

四棱锥波前传感器具有能量利用率高和空间采样率高的优点,已成功应用于天文自适应光学、镜面检测及显微成像等领域。提出一种新的无调制四棱锥波前传感器,根据四棱锥波前传感器的光场传播模型,利用相位恢复算法迭代优化出待测波前。入射光经四棱锥锥尖分光后会聚所得的子光瞳像为相位恢复算法提供了丰富的信息,使其收敛速度加快。数值模拟结果表明,基于相位恢复的四棱锥波前传感器具有精度高、收敛速度快、抗噪性好等特点,并且无需调制便能获得较大的动态范围。     

基于瀑布型多重网格加速的复指数波前复原算法

激光在大气中传输时,由于强湍流或长传输距离的影响,畸变波前中出现由相位起点组成的不连续相位,现有波前复原算法不能有效复原不连续相位,使得自适应光学系统校正效果下降甚至失效.本文分析了最小二乘波前复原算法不能复原相位奇点的原因,提出了基于瀑布型多重网格加速的复指数波前复原算法,给出了复指数波前复原算法中迭代计算、降采样、插值计算的实现方式.研究了该方法对不连续相位和随机连续相位的复原能力,数值分析了采用复指数波前复原算法的自适应光学系统对大气湍流像差的校正效果.仿真结果表明,同等复原精度下,相比直接迭代过程,该方法所需浮点乘数目减少了近2个数量级,且随着夏克-哈特曼波前传感器子孔径数目增加,其在计算量上的优势更加明显. Rytov方差较大时,相比直接斜率法,自适应光学系统采用复指数波前复原算法后校正光束Strehl比提升1倍.     

基于混合解包裹的正六边形拼接光瞳相位恢复算法研究

相位恢复法是一种利用多个离焦面光强分布采用基于傅里叶变换的迭代变换恢复瞳面相位分布的波前传感方法。采用改进的傅里叶迭代变换算法,当波前传感范围超过1个波长时,需要在迭代过程中采用相位解包裹算法。针对18块正六边形拼接的复杂光瞳,提出采用路径无关和最小二乘相结合的混合相位解包裹算法,提高了波前传感精度和动态范围。通过仿真比较了所提方法与单独采用一种相位解包裹方法时的波前传感性能,分析了所提方法的动态范围及噪声对算法精度的影响。仿真结果表明,当波前PV值为3.5λ时,算法的精度为λ/43;当噪声RMS值为10(图像为12Bit量化)时,算法的精度优于λ/40。     

基于相位恢复的光学元件面形检测技术研究

利用标量衍射的角谱理论,研究了基于两幅光强分布的相位恢复算法,并将此算法应用到光波的波前及光学元件面形的检测中。实验研究了球面光波波前的相位恢复及面形检测,给出了恢复波前与理想波前之间的偏差,采用求Zernike系数的广义逆矩阵的方法,用程序实现了光学元件面形的Zernike拟合。     

模式正交性对哈特曼-夏克传感器波前测量等的影响

分析了哈特曼-夏克波前传感器采用模式法重构波前相位算法的数学模型，仿真实验了重构模式之间不正交对重构精度的影响，指出模式之问的不正交不影响算法的实现。在哈特曼一夏克传感器应用模式法进行波前测量和波前校正的过程中，模式之间的正交性并不是算法实现的必要条件，正交化处理算法对波前重构、波前校正精度的提高没有影响。     

光强传播方程相位恢复的实验验证

在傍轴近似条件下, 可以利用光强传播方程(ITE)对畸变波前进行相位恢复。对于衍射受限的光学系统, 很难获得相位的边界径向斜率值作为边界条件, 此外, 要获得精确的圆域边界采样值也并非易事。为了克服上述困难, 进一步研究了相位恢复改进方法, 即改变了方程的表示形式、计算区域和边界条件, 并用多重网格法进行求解获得重构相位, 最后再将其修正。为了验证算法的精确性, 搭建了实验系统对算法进行实验验证, 将由CCD探测的光强分布进行计算得到的相位分布与相位恢复算法(PR算法)的结果进行比较, 证明在光强分布非均匀的情况下, 该方法恢复的相位均方根误差能够达到017 λ, 可以适用于波前传感精度要求不是很高的相位恢复。     

基于四波前剪切干涉的显微定量相位成像实验研究

提出一种基于四波前剪切干涉的显微定量相位成像方法,使用棋盘型位相光栅获得生物样品的干涉图,采用快速傅里叶法解得相位信息.实验测量可变形镜产生的随机波前,与ZYGO干涉仪的对照结果表明相位测量误差不超过3%,验证了四波前剪切干涉仪的相位探测精度.建立了一套基于四波前剪切干涉技术的显微定量相位成像系统,以小鼠肝癌活体细胞为样品,获得了清晰的强度图像和相位图像.实验结果表明基于四波前剪切干涉技术的系统可以实现高精度的定量相位成像,适用于生物活体细胞的相位显微成像研究.     

波前相位编码体光栅选择性衍射的理论分析

阐述了波前相位复用技术记录和再现体全息光栅的原理；运用波耦合理论，从衍射波的一阶微分方程推导出多重体光栅对随机波前相位的选择性衍射；构造了一个复随机过程函数，并利用其相关函数得到了随机波前相位编码体光栅实现无串扰再现的充分必要条件；给出了理论上分析多重体光栅对随机波前相位选择性衍射的一种方法.     

基于相息图迭代的随机相位加密

提出了一种将随机相位加密和相位恢复算法中的求解附加相位分布分二步实施的加密方法. 由于该方法的实质是通过在随机谱和相息图之间进行相位恢复迭代以确定相息图和密钥的相 位分布，因而能够减小图像的解密误差.在相息图相位离散化的迭代过程中，采用增大设计 冗余度的方法，降低了由相位离散化所带来的解密误差.最后，通过计算机模拟实验验证了 该方法在减小图像解密误差方面的有效性. 关键词： 随机相位 光学图像加密 相息图 二元光学 离散化误差 相位恢复算法     

位相畸变激光束的谐波转换

首次在理论上研究了位相畸变激光束的谐波转换，从波动方程出发，应用空间频谱方法处理位相畸变光束的非线性耦合问题，建立了适用于位相畸变且空间光强不均匀光束的谐波转换的理论模型。     

基于强度传输方程的相位检索

为了从直接测量的强度图像中计算出相位信息,研究了基于强度传输方程的相位检索技术.设计了一个实用的相位检索系统,包含经典傅里叶相位检索和基于整体变分的相位检索算法.通过测量聚焦平面和前后散焦平面光波场的空间强度,求解二阶微分方程得到相位.与迭代相位检索技术相比克服了其迭代不确定性、收敛速度慢等缺点.实验表明,利用强度传输方程检索相位的方法可以有效快速地从强度图像中计算出相位|整体变分算法相比傅里叶算法,在恢复相位的同时可以保持良好的边缘.     

基于强度传输方程的相位检索

为了从直接测量的强度图像中计算出相位信息,研究了基于强度传输方程的相位检索技术.设计了一个实用的相位检索系统,包含经典傅里叶相位检索和基于整体变分的相位检索算法.通过测量聚焦平面和前后散焦平面光波场的空间强度,求解二阶微分方程得到相位.与迭代相位检索技术相比克服了其迭代不确定性、收敛速度慢等缺点.实验表明,利用强度传输...     

非单调条纹图的相位恢复新方法

在连续小波变换和展开相位拐点识别的基础上,提出一种非单调条纹图的相位恢复新方法.包裹相位通过连续小波变换的方法提取,提出小波变换尺度步长的选择准则及对粗糙尺度作迭代均值滤波的技术.基于展开相位拐点与符号歧义点的单应性,可通过检测并修正展开相化拐点的方法恢复非单调条纹图的真实相位.给出了详细的理论推导、数值模拟及实验验证过程.数值模拟包括一维及二维的含噪声信号,实验为基于显微干涉法的微桥的静动态形貌和变形测试.模拟及实验结果表明,该法只需一幅条纹图即可准确解调非单调条纹的相位,最大误差小于4%,且具有极强的抗噪能力.这为显微干涉测量提供了有效的相位恢复新手段.     

基于GS加权改进算法的相位恢复

阐述了GS算法用于相位恢复的原理,并对算法的应用范围进行了扩展,不再局限于已知光瞳面和焦平面光强的情况。仿真中,选取了光束自由传输的两个垂轴截面,利用光强分布,采用了GS迭代算法对常见的几种波前畸变进行了恢复。针对相位恢复中GS算法收敛速度慢和精度低的问题,提出了迭代过程中,在光束输入端和输出端分别进行加权改进,给出了加权系数取值范围。仿真结果表明,这种改进有利于算法跳出局部极值,在加权值取1.2时,针对象散像差的恢复中,速度和精度提高了2倍左右,对一些其它常见像差的恢复精度也有所提高。     

基于压缩传感的纯相位物体相位恢复

传统的相位恢复算法通过双强度或者单强度测量的数据进行迭代运算以恢复丢失的相位信息, 它要求采样数据必须满足香农采样定理.当成像的分辨率较高时, 大量的测量数据势必会对数据采样设备提出更多的要求.因此, 为减少采样负担, 本文提出了一种基于压缩传感的相位恢复算法, 通过在傅里叶面的少量单强度测量数据, 应用改进的混合输入输出算法来恢复纯相位物体的相位分布.在采样数据远小于采样定理所需的条件时, 该算法仍能精确地恢复相位分布具有分块均匀特征的纯相位物体.数值仿真实验表明该算法具有良好的收敛性能. 关键词： 相位恢复 压缩传感     

基于级联相位恢复算法的光学图像加密

在虚拟光学数据加密理论模型的基础上,提出了一种光学图像加密的可视化密码构造算法。该加密算法基于自由空间传播的光学系统,利用级联迭代角谱相位恢复算法把待加密图像分别编码到两块相位模板之中,从而实现图像的加密。该加密技术不但可通过同时调整两块相位模板的相位分布的搜索策略来扩大搜索空间,提高安全强度,而且扩大了系统密钥空间,使系统获得更高的安全性,且能通过简单的数值运算或光学实验装置得到质量非常高的解密图像,还从理论上分析了该算法的时间复杂度。计算机模拟结果表明,该加密算法的收敛速度快,能迅速找到非常好的近似解,解密图像质量高且系统安全性良好。     

硬x射线同轴相衬成像的相位恢复

基于角谱的概念，分析了硬x射线同轴相衬成像过程，在传统相位恢复算法GS算法的基础上 ，提出了基于角谱传播的相位恢复算法——迭代角谱法（IASA），并利用数值法模拟研究了 相衬成像和相位恢复过程，从理论上验证了这一相位恢复算法. 关键词： 相位恢复 相位衬度 角谱 硬x射线     

用统计光学方法分析位相畸变光束的倍频转换

主要介绍了一种对位相畸变光倍频的描述方法 ,具体从统计光学观点出发 ,针对高斯型随机位相畸变 ,在薄晶体近似下 ,分析位相畸变光束的倍频转换过程 ,给出了基波、倍频波随位相畸变特征量变化的理论模型和数值计算结果。