面向纯相位型全息显示的自适应混合约束迭代算法

纯相位型计算全息图舍弃全息面上的振幅信息,降低了全息显示的图像质量.迭代法通过多次正、逆向的波前传播计算,优化了纯相位型计算全息图的相位轮廓,提升了全息再现的图像质量.然而,传统迭代法可能存在迭代发散、收敛速度偏慢以及再现质量受限等问题.本文提出了一种基于角谱传播模型的自适应混合约束迭代算法,通过在迭代中加入自适应的反馈机制和频带约束策略,增加了迭代优化的自由度,提升了迭代的收敛性和全息再现的图像质量.仿真和实验结果表明,提出的算法能够在较短的计算时间内获得更高重建质量的纯相位型计算全息图,对于高质量的全息显示具有重要应用价值.     

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。     

完全多重网格法求解光强度传播方程的相位恢复方法

一般多重网格算法求解光强度传播方程是从精细网格层开始计算,精细网格层的初值选择影响算法的收敛速度和求解精度.提出了一种完全多重网格方法求解光强度传播方程的相位恢复方法.基于限制法将最细网格上的方程转化为最粗网格上的方程,求解该方程得到最粗网格上的解;然后对此解用延拓法得到上一层细网格上的解,以得到的解作为此层网格上的初解,利用V循环解此层上的方程,得到此层网格的精确解.依次,直到得到最细网格上的精确解.模拟相位恢复实验结果表明,本文方法具有较快的收敛速度,能够恢复复杂相位分布.     

基于配准递进补偿的相位恢复

针对光强传输方程法在部分相干光场相位恢复过程中,由于CCD采集频率与LED发光频率不同步导致恢复的相位出现黑白相间的条纹,以及机械移动造成采集角度的偏差所导致的相位结果错误等问题,提出了配准递进补偿算法.首先,对所采集的具有一定角度偏差的三幅强度图进行角点检测和互相关匹配,并去除错误点对从而得到变换矩阵进行图像变换以纠正原有的偏差.同时,由于照明光波的缓慢动态变化与其低频分量相关,在新的配准图像中进行初次补偿以改善照明频闪效应.然后使用光强传输方程求解得到样品的初始相位.为了解决初始相位边缘出现的光晕,再次对恢复的相位进行补偿以突出样品的关键信息.搭建了真实光路系统进行实验验证,结果表明所提方法在纠正角度偏差的同时改善了频闪效应.微透镜阵列实验中,恢复的结果与实际结果相对误差为1.7%,证明了所提算法的正确性与有效性.     

一种基于角谱理论的改进型相位恢复迭代算法

进行星间激光通信的光学发射天线光束整形器设计时, 首要解决的问题是根据输入光场及理想的输出光场, 确定整形器的相位分布, 其核心就是相位恢复. 基于角谱传播理论, 在传统 Gerchberg-Saxton (G-S)迭代算法的基础上, 提出了一种幅度梯度加成迭代算法, 给出了算法的详细流程与分析. 与G-S相比, 新算法利用迭代过程, 构建光场幅度反馈回路, 利用梯度搜索最佳迭代路径, 两者的联合作用加速其迭代收敛进程. 数值仿真表明, 新算法的单位迭代次数所引起迭代误差下降的速度是G-S算法的1.7倍, 其收敛速度明显优于G-S算法; 对不同的随机初始相位, 新算法都能进行有效迭代, 表现出适应性强, 且收敛一致性好的优点. 幅度梯度加成迭代算法为复杂光场的高效相位恢复提供了一种新思路, 为设计各种衍射光学元件提供了技术支持. 关键词： 相位恢复 迭代算法 角谱理论 光通信     

基于快速迭代有限差分强度传输方程的相位恢复

强度传输方程(TIE)是用于非干涉相位恢复的重要手段之一.传统方法受限于输入图像的形状或收敛速度,进而限制了TIE的普遍性和相位恢复效率.因此,提出了一种基于快速迭代有限差分法(FIFDM)的TIE相位恢复方法.该方法在基于有限差分法(FDM)的TIE求解方法的基础上,考虑迭代过程中各点的相关性并引入松弛因子来实现相位恢复.仿真和实验结果表明,与离散余弦变换(DCT)法、FDM相比,所提方法具有更快的恢复速度、更高的准确性和更强的抗噪性能.     

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.     

一种用于衍射光元件优化设计的快速算法的研究

讨论了傅里叶迭代算法对初始相位敏感的缺陷机理,提出用伪随机相位编码作为傅里叶迭代算法初始值的改进算法来克服相位敏感缺陷。改进算法具有加快迭代收敛速度、提高恢复图像强度准确性的优点。将该算法产生的任意期望图样的相位全息图写入纯相位液晶空间光调制器上,在远场成功地再现了期望图样。算法迭代10次可产生衍射效率接近85%的一幅相位全息图。作为一种快速相位恢复算法它在相控阵激光雷达以及光束敏捷偏转等领域有重要意义。     

基于光强传播方程的相位恢复

对于圆形孔径的光学系统,利用光强传播方程进行相位恢复时很难得到相位的边界径向斜率值,另外,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,提出了一种相位恢复的改进方法,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。为了对重构相位进行修正,还得到了重构相位与原始相位之间泽尼克系数的传递矩阵。对均匀照明的情形进行了仿真,发现该方法不仅可以避免复杂的边界条件,减少运算时间,而且还能够较好地恢复出原始波前的泽尼克系数,即便在加噪的情况下,修正相位与原始相位的均方根误差也在可以接受的范围内。     

Parameterization of Nuclear Hulthén Potential for Nucleus-Nucleus Elastic Scattering

In contrast to Gaussian or Woods-Saxon potential a two-term four parameter nuclear Hulth′en type interaction is considered to describe the α-α, α-~3He and α-~3H systems. By exploiting the phase function method, scattering phase shifts are computed up to ELab = 100 MeV for the α-α system and ELab = 15 Me V for α-~3He and α-~3H systems.The S-wave phase shift δ_0 for the α-α system tends to 2π and δ_(3/2)-for the α-~3He system tends to π, in the limit of zero energy. Reasonable agreements in phase shifts with the standard data are obtained with this simple potential model except for the 5/2~- states of α-~3He and α-~3H systems. With an additional energy-dependent correction factor to our potential, a good agreement with experimental data is obtained for 5/2~- states. We have also compared our results with the convenient Born approximations.     

窗口声阻抗对锆相变动力学的影响

基于磁驱动加载装置CQ-4开展了锆的斜波压缩相变实验,研究了锆样品后表面窗口声阻抗对相变波形的影响.实验结果显示,锆后表面为较低声阻抗窗口(自由面和LiF窗口)时,相变起始对应的特征粒子速度约331.0 m/s,而高阻抗蓝宝石窗口时,特征粒子速度约301.9 m/s,特征速度对应的压力从约9.14 GPa下降到8.27 GPa.相变对应的速度特征拐点是与多种因素相关的实验信息,因此它对应的压力并不是材料属性参数相变压力.结合基于热力学Helmholtz自由能的多相状态方程和非平衡相变动力学方程开展了锆的相变动力学数值模拟研究,相变弛豫时间为30 ns,计算结果与三种情况的实验结果符合良好,可以较好地模拟斜波压缩下锆的弹塑性转变、相变等物理过程.在压力-比容和温度-压力热力学平面,相变前锆的准等熵线与冲击绝热线差异很小,相变后准等熵线都位于冲击绝热线下方,随着压力的增加准等熵线和冲击绝线偏差越来越大,温度-压力平面中在20 GPa时相差约100 K.相变开始后,由于相变引起比容的间断,导致锆的拉氏声速迅速下降约7%,相变完成后拉氏声速恢复到体波声速.     

基于电子顺磁共振的锶铁氧体磁特性研究

为了研究配料、温度、氧环境和掺杂等条件对锶铁氧体的磁性能的影响问题, 利用溶胶-凝胶法制备了锶铁氧体粉末, 建立了一种基于电子顺磁共振技术研究锶铁氧体粉末的磁特性的方法. 用电子顺磁共振波谱仪对烧结后的产物进行测试发现: 400 ℃预烧下, 锶铁摩尔比为1:9时, 中间产物顺磁相α-Fe₂O₃含量最多, 高于400 ℃时其含量减少, 亚铁磁相增加, 并确定最佳煅烧温度介于800-900 ℃. 这是由于外磁场和其他磁场综合作用产生亚铁磁相, 进而产生较强的磁矩相互作用所致. 结合工业实际应用, 发现缺氧退火环境下, 顺磁相α-Fe₂O₃含量较大, 不利于亚铁磁相生成; X-射线衍射(XRD)表征结果表明: 除了少量杂相, 其余均为顺磁相和亚铁磁相; 电子顺磁共振谱和XRD 谱检测结果综合表明, 锶铁摩尔比为1:9时, 最终产物的顺磁相含量最少, 亚铁磁相含量最多, 磁性最强; 毫特斯拉计的剩磁检测结果也证实了上述结果. 掺杂实验发现镧离子占锶镧总摩尔数的20% 至30% 时, 能够有效降低顺磁相的产生, 增强最终产物的亚铁磁性.     

傅里叶变换轮廓术中物体高度最佳恢复条件

在分析傅里叶变换轮廓术中传统的高度与相位关系的基础上,推出了高度与相位的普通关系式,提出了物体高度最佳恢复条件的新理论,给出了简单的物理解释.由此得出结论：物体高度最佳恢复时的几何参量α（双瞳连线与参考面夹角）大小与系统几何结构参量a、b有关.计算机仿真验证了：当a=600 mm、b=3 000 mm时,可得物体高度最佳恢复时的α=arcsin (1/5),此时所得的标准差为0.269 7;作为对比：当α=0时,所得的标准差为0.295 6.实验验证了：α=arcsin (1/5)时的恢复效果比α=0时的恢复效果更好些.     

铁冲击相变的晶向效应

采用基于火炮加载的三样品精细波剖面对比测量,研究了晶向效应对铁弹-塑性转变及体心立方结构(bcc,α相)至六角密排结构(hcp,ε相)相变特性的影响.观测到单晶铁异常的弹-塑性转变行为,这与基于位错密度描述的黏塑性本构模型计算结果相符,对应的Hugoniot弹性极限δ_(HEL)均大于6 GPa,且具有晶向相关性,即δ(111)/(HEL)δ(110)/(HEL)δ(100)/(HEL);系统获取了相变起始压力P_(PT)晶向相关性的实验数据,[100],[110]和[111]晶向的PPT实测值分别为13.89±0.57 GPa,14.53±0.53 GPa,16.05±0.67 GPa,其变化规律与非平衡分子动力学计算结果相符.上述结果揭示出冲击压缩下单晶铁存在塑性与相变微观机理的强耦合,为完善用于冲击实验描述的相场动力学模型提供了重要的实验支撑.     

Initial Phase Dependence of the Soliton Decay Rate for the Nonlinear Schrodinger Equation with a Lossy Term

By using a recursion relation from the x-discrete nonlinear Schrödinger equation with a "lossy" term, we prove that the solitons propagate along the fiber in the decay rate exp -(I+ M₀)Γx if the "initial" input phase (at x = 0) is taken as the form M_oΓt²/2α_l. The same conclusions can also be obtained from the exact numerical calculations.     

光束畸变对连续相位板性能的影响

研究了光线追迹和随机相位滤波作为初始相位设计的连续相位板下,光束畸变对连续相位板整形性能的影响。结果表明:随机相位滤波得到的连续相位板相比光线追迹获得的连续相位板,在幅度畸变、离焦的容忍度等方面都有优越性;进一步分析了相位畸变、对准误差、口径误差等对连续相位板性能的影响,确定了相位畸变是影响性能的首要因素,并且大目标焦斑的畸变宽容度更大,由此引入了波前的相对畸变因子,在所定义的连续相位板性能标准下,波前容忍度为0.5。     

High-pressure dynamic,thermodynamic properties,and hardness of CdP_2

Using a pseudopotential plane-waves method,we calculate the phonon dispersion curves,thermodynamic properties,and hardness values of α-CdP_2 and β-CdP_2 under high pressure.From the studies of the phonon property and enthalpy difference curves,we discuss a phase transform from β-CdP_2 to a-CdP_2 in a pressure range between 20 GPa and 25 GPa.Then,the thermodynamic properties,Debye temperatures,and heat capacities are investigated at high pressures.What is more,we employ a semiempirical method to evaluate the pressure effects on the hardness for these two crystals.The results show that the hardness values of both α-CdP_2 and β-CdP_2 increase as pressure is increased.The influence mechanism of the pressure effect on the hardness of CdP_2 is also briefly discussed.     

外加热型金刚石对顶压砧高压装置及高温下的压力测量

 本文报导了一种外加热型金刚石对顶压砧装置的高温高压技术，装置的压力可达20 GPa，温度可达350 ℃。采用本装置对六角结构的α-LiIO₃进行了高温高压X射线衍射实验，获得的四方结构高压相与用淬火卸压所得的ε相结构一致；建立了高温下的红宝石测试技术。发现可以根据由此法测定的Δγ_p-T曲线初步判别样品是否存在伴随有体积变化的结构相变，并可估计出该相变的压力、温度范围及相变造成的压力下降值。     

Electro-optic modulation on nonlinear phase shift and fundamental transmission in quasi-phase-matched second-harmonic generation

Nonlinear phase shift and transmission experienced by a beam at the fundamental frequency during electro-optic modulated quasi-phase-matched second-harmonic generation are studied. Numerical results indicate that the nonlinear phase shift of fundamental wave shows a difference of π, while fundamental transmission is controllable only by applying a DC electric field along z-axis. The above effect can be implemented on high-contrast optical switching devices such as Mach-Zehnder push-pull device. The relationships between the characteristic (peak and dip) electric fields and the initial pump intensity are also discussed.