长程轮廓仪用于筒状超光滑表面测量的误差分析及校正

为了提高使用长程轮廓仪对筒状超光滑非球面进行面型测量的精度,研究并总结了测量过程中常见的误差源及校正方法.针对测量过程中对结果影响较大的转台转轴与待测筒状镜光轴之间的倾斜和偏心误差做了详细的分析,提出利用数据处理校正这部分误差的方法.编写了相应的数据处理程序,通过数值模拟实验对该程序进行了验证.实验结果表明,该程序能够...     

基于分布源边界点法的局部近场声全息技术

为了克服基于分布源边界点法的近场声全息技术在小全息孔径条件下造成的重建误差问题,提出了基于分布源边界点法的局部近场声全息技术.该技术运用分布源边界点法,采用测得的较小全息面上的声压数据来外推较大全息面上的声压数据,然后用外推的数据进行全息重建.仿真和实验结果验证了采用该技术在小全息孔径条件下进行声源局部重建的有效性.     

基于液晶空间光调制器的空间滤波实验

空间滤波实验可以实现对输入物体的频谱分析及图像的边缘增强、噪声消除等各种图像处理。液晶空间光调制器可以作为衍射波面变换器件来使用。在空间滤波实验系统的滤波面上放置了液晶空间光调制器,并用CCD数码相机进行输出图像的观察和记录,分别给出了低通滤波、高通滤波、方向滤波等的仿真实验结果。该实验实现了输入数字物体的实时改变,并能够实时观察采用不同空间滤波器对输出像的影响。     

提高PCA识别率的新算法

针对基于主元分析(PCA)的识别算法不能最优区分不同种类样本的缺点,提出了一种新的多主元分析(Multi-PCA)识别算法。该算法为每类样本构造单独特征空间,用各个空间的特征向量重建待识别样本。特征空间是基于某类样本图像的共性建立,因此重建该类样本图像时将得到较小重建误差,而重建其它类图像时的误差较大。可以根据重建误差的大小来识别样本图像,将待识别样本分类到具有最小重建误差的特征空间。在ORL、YALE人脸库和标牌压印字符库上的实验结果显示,Multi-PCA的识别率比PCA有较大提高。     

基于CCD尺寸测量中图像边缘退化及恢复技术研究

针对直边衍射效应造成的图像边缘退化问题,建立边缘退化模型。从菲涅尔直边衍射理论出发,基于信号与系统理论的图像边缘退化数学描述方法,分析了造成图像边缘退化的原因。通过分析不同光源波长和成像物距下直边衍射强度分布曲线的特点,构造简单函数实现衍射光强分布的近似,进而得到退化系统传递函数;利用退化系统传递函数构造滤波器对获取图像的边缘进行恢复,从而提高尺寸测量精度。实验结果表明:经边缘恢复方法校正后的测量结果误差约为0.02 mm,相对未校正数据的测量结果误差减小0.04 mm,提高了尺寸测量精度。     

Vander Lugt相关器中几种空间匹配滤波器算法比较

由于光学傅里叶变换过程中光的衍射作用,在光学相关识别中,输入图像的形状对称性会影响匹配滤波器的畸变容限和输出相关峰值。针对几种典型的匹配滤波器算法,定量分析了利用这些算法设计的匹配滤波器的畸变容限和输出相关峰值受输入图像形状对称性的影响程度,依此来比较这些算法的特性,并进行了模拟和实验。     

基于变形镜本征模式的空间光学遥感器波前误差校正方法研究

提出采用基于变形镜(DM)本征模式的自适应光学波前误差校正方法校正高分辨率空间光学遥感器的在轨波前误差。该方法利用变形镜各致动器的影响函数得到一组符合导数正交关系的变形镜本征模式,以图像功率谱密度在低频区域的积分和为评价函数,根据本征模式系数与评价函数之间的关系直接求解出各阶模式所需的校正量。利用实测的37单元变形镜的影响函数得到变形镜本征模式,基于该模式对泽尼克像差进行了开环和闭环仿真校正,定量分析了相位偏置和图像频率范围对算法精度的影响。针对遥感器主镜镜面热变形误差给出了仿真校正结果,分析了图像噪声和不同遥感图像对算法校正精度的影响。仿真结果表明基于变形镜本征模式的自适应光学校正方法可以有效校正波前误差,算法收敛速度快,对图像噪声和内容不敏感,适合用于空间光学遥感器的波前误差校正。     

纳米孔径激光器出射孔径设计

采用三维时域有限差分（FDTD）方法计算和比较了不同形状和尺寸的纳米孔径半导体激光器的近场分布特性，结果表明采用C形孔径设计可使纳米孔径激光器的输出光强最大值比方孔和圆孔提高了3－4个数量级，通光效率也会有显著提高而聚焦光斑尺寸基本不变。并提出C形孔在孔径尺寸为1／3波长左右时输出光场分布最优。纳米孔径激光器可用于超高密度近场光存储、近场光学超衍射分辨成像、纳米光刻等。     

基于成像清晰度函数的非球面反射镜位置校正实验研究

在具有双曲面、抛物面或椭圆面反射镜的成像光学系统中,反射镜的位置误差通常具有对成像质量影响灵敏的特点.因此,在该类光学系统装调或工作过程中反射镜位置存在误差时需要对该反射镜进行精确调整.目前,反射镜位置校正的方法多基于对系统波前误差的测量,从而判断其位置误差.然而在系统工作过程中可能无法进行光学系统的波前测量,或者需要复杂的光学系统才能实现波前误差的测量.本文以焦平面图像清晰度作为评价函数,采用随机并行梯度下降算法对反射镜位置进行调整,使系统成像质量达到最佳.针对迭代过程中反射镜位置发生变化时图像偏离探测器靶面而无法探测的问题,本文采用了一种反射镜垂直光轴平移和旋转相结合的调整方法.在保证图像位置不变化的条件下对系统像差进行校正.室内实验验证了该方法具有可行性,校正后的成像质量达到衍射极限.     

衍射光学元件检测及数据处理

衍射光学元件以其优异的光学性能,能够调制出理想的波面,较球面、非球面光学系统在校正色差方面具有较大优势。衍射光学元件的加工难点在于其加工精度不仅要求非球面基底的面形满足精度要求,还需要衍射结构的相位突变点及高度满足要求。由于其面形非连续性,存在相位突变点,传统的检测方式难于满足要求。对轮廓仪检测误差来源进行分析,结合检测数据分析加工误差数据,在此基础上进行数据处理,并将该方法获得的误差数据应用于零件加工,实现口径120 mm衍射面加工面形误差为0.539 μm。     

基于径向基函数神经网络的线性衰减系数的重建算法

层析γ扫描(TGS)技术是非破坏性分析(NDA)中的一项重要技术.在TGS透射测量中,线性衰减系数值的图像重建问题是TGS的难点和核心问题.在文[1]的基础上,提出了将神经网络方法应用于TGS重建线性衰减系数图像的算法.计算机上的仿真模拟结果表明,在一定范围内,径向基函数(RBF)神经网络方法重建的线性衰减系数值与实际值的相对误差小于4%,且具有快速、高精度等优点,表明了此方法的有效性.     

Communication modes in vector diffraction

The communication modes, which mathematically correspond to singular value decomposition, have proven a useful concept in optical scalar-field diffraction, with applications in resolution studies, image synthesis, and wave propagation. For optical near-field geometries the communication modes have to be extended to electromagnetic field accounting for the polarization properties. In this paper we present the vector-valued communication modes method based on the rigorous electric-field diffraction integral. As a special case the transverse-electric scalar field modes are obtained. The intensity and polarization properties of the leading electromagnetic communication modes in near-field arrangements with rectangular apertures are discussed in terms of the Stokes parameters. For small separations between the transmitting and receiving apertures the fundamental mode possesses a ring-shaped hollow structure. The polarization properties of the near-field modes show features on spatial scales smaller than the wavelength of light. The system symmetries lead to degenerate communication modes.     

水体重金属激光诱导击穿光谱定量分析方法对比研究

建立了适用于激光诱导击穿光谱探测的多元线性回归、神经网络回归和支持向量机回归三种定量反演算法模型, 以水体重金属Ni为例进行了回归实验测试和对比分析. 多元线性回归、神经网络回归和支持向量机回归的平均相对标准偏差分别为7.60%, 4.86%, 2.35%; 最大相对标准偏差分别为23.35%, 15.20%, 8.29%; 平均相对误差分别为25.98%, 10.58%, 2.72%, 最大相对误差分别为116.47%, 47.38%, 9.89%. 研究为进一步实现水中痕量金属元素的快速定量分析提供了方法和数据参考. 关键词： 光谱学 激光诱导击穿光谱 支持向量机回归 重金属     

偶氮苯聚合物全息光栅衍射效率和偏振特性研究

研究了不同偏振全息模式下基于交联偶氮苯聚合物薄膜的相位光栅的形成机理、衍射效率和偏振特性.利用琼斯矢量表征了正交线偏振(SP)和半行线偏振(SS)干涉模式下的偏振干涉场.基于SP和SS两种模式,制作了无明显表成起伏的纯折射率光栅和有表面起伏的浮雕光栅.偏光显微镜(POM)观测说明纯折射率光栅具有周期性的折射率分布;近场光学显微镜(SNOM)探测说明纯折射率光栅和浮雕光栅的表而起伏在5 nm以下和 85.23 nm.实验表明.当探测光为水平偏振时,纯折射率光栅的衍射效率达到22.2%.浮雕光栅只能达到1.65%.纯折射率光栅的0、 1级衍射光分别为水平和竖直线偏振光,偏振度达到0.9969和0.9963;浮雕光栅的0, 1级衍射光均为水平线偏振光.     

大随机相位误差下条带模式合成孔径激光雷达成像实验

为了探索大随机相位误差条件下合成孔径雷达(SAL)成像特点和规律,本文采用波长为1 550 nm的线性调频激光器建立了能够产生大的共模随机相位误差的条带模式SAL成像实验装置。利用此装置获得了不同目标回波强度下条带模式SAL成像实验数据,结合条带模式相位梯度自聚焦(PGA)多次迭代处理,获得了高分辨率SAL图像。实验发现在[-6. 45π,6. 45π]范围的大随机相位误差下,通过简单的距离压缩和方位匹配滤波,无法实现SAL图像聚焦,图像信噪比仅为3 dB。进一步采用PGA处理,就能很好地校正相位误差,得到聚焦良好的SAL图像,图像信噪比达到43 dB。实验还发现,当存在大共模随机相位误差时,PGA处理展现出非常强的鲁棒性,在回波弱到10-15W的情况下依然有效。在大相位误差存在的SAL系统(如机载SAL)中,PGA处理能有效消除相位误差,实现图像聚焦;另外,增大探测激光功率以提高成像数据信噪比,将有助于提升PGA处理效果。     

基于不同模型的土壤有机质含量高光谱反演比较分析

以新疆奇台县为研究区域,选取该县40个土壤样本,采用多元线性逐步回归法和人工神经网络法两种方法分别建立了土壤有机质含量的反演模型,并对模型进行了检验。结果发现：不同模型的精度值各异,其拟合效果从高到低依次为人工神经网络(ANNs)集成模型＞单个人工神经网络(ANNs)模型＞多元逐步回归(MLSR)模型。人工神经网络的线性和非线性逼近能力较强,而其集成模型作为提高反演模型精度的重要手段,相关系数高达0.938,均方根误差和总均方根误差最小,分别仅为2.13和1.404,对土壤有机质含量的预测能力与实测光谱非常接近,分析结果达到了较实用的预测精度,为最优拟合模型。     

基于开口环阵列结构的表面晶格共振产生及二次谐波增强

理论研究了二维周期排列的金开口环谐振器的磁共振模式与周期阵列的衍射模式发生强耦合所需满足的条件及其对二次谐波产生效率的影响.通过控制阵列结构在x和y方向的周期大小,使得衍射模式只在其中一个方向产生,当衍射模式的电场方向与入射光电场偏振方向一致时,衍射模式才会与开口环谐振器的磁共振模式发生强耦合作用,产生表面晶格共振进而实现近场场增强.在此基础上,进一步计算了金开口环谐振器阵列的二次谐波产生效率,随着阵列周期逐渐增大,即开口环谐振器的数密度减小,二次谐波强度呈现先增加后降低的趋势,当开口环谐振器数密度降为原来的1/4左右时,二次谐波强度可以增强2倍以上.本文的研究为金属超表面二次谐波产生效率的提高提供了一种新的可能途径.     

A motion compensation method for wide-swath synthetic aperture sonar

When the swath of Synthetic Aperture Sonar(SAS) is considerably wide, the spacevariant effect of motion errors becomes remarkable. This space-variant effect makes Displace Phase Center Algorithm(DPCA) invalid. To solve the problem, a motion compensation method for wide-swath SAS is proposed. This method uses mixed modulated Lagrange explicit time delay estimation(MMLETDE) to estimate the time delay between two successive pings of the raw echo data, and then motion errors are fitted by linear regression. After that, the raw echo data can be precisely compensated point by point with the estimations of motion errors.Simulation results show that the proposed method can obtain better motion estimation results than DPCA. The resolution measured on the reconstructed image processed by the proposed method is very close to the theoretical resolution. The lake trail results of high frequency and low frequency SAS data show that the quality of the images of the terrain area and small targets is significantly improved.     

Communication modes in scalar diffraction

The communication modes are a useful concept in studies of optical resolution, wave propagation, and image synthesis. We present an overview of earlier results on the communication modes in scalar diffraction theory. Besides the general theory, the modes are reviewed for the far-field and Fresnel regimes, and new eigenequations are derived for wide-angle diffraction. We prove a conjugate relationship between the transmitting and receiving modes in a general symmetric system. We also suggest an approximate method for far-field and Fresnel domain propagation, in which propagation amounts to a rotation of each mode in the complex plane. The main focus is on the near-field communication modes, where we present numerical examples of the modes and coupling strengths for a near-field geometry with a sub-wavelength size receiving domain. These results provide insights, for example, into the understanding of near-field scanning probe techniques.     

Angular spectrum analysis of near-field diffraction of a small aperture

The near-field diffraction of a nanometer aperture is studied in this paper according to the angular spectrum theory. The mathematic expressions of the near-field diffraction are presented, and the influences of the polarization of the electromagnetic field and the evanescent wave on the diffraction in near field are analyzed by means of vector and scalar diffraction theory, respectively. The transverse and longitudinal diffraction intensity distributions of a small aperture are numerically calculated, and the results show the near-field diffraction of a small aperture is influenced strongly by the vector property of the electromagnetic field and the evanescent component.