液晶空间光调制器相位调制特性的快速测量与标定方法

为提高液晶空间光调制器（LC-SLM）在波前相位调制中的精度,提出了一种能对LC-SLM实现快速标定的数字全息测量方法。该方法仅需在成像面上采集单幅数字全息图像,就能实时测量LC-SLM在特定波长下的相位调制特性,系统结构简单,且无需经过复杂的衍射传播计算,测量效率较高。在不改变光路结构的情况下利用Twyman-Green干涉法开展对比实验,进一步验证了数字全息法在测量精度方面的优势。实验结果表明,LC-SLM在标准光波波长（633 nm）下的相位调制范围为0～6.185 rad,利用反插值法校正相位响应的非线性特性使得非线性误差降低到2.45%,有效提升了器件的线性驱动精度。最后,针对LC-SLM的波长响应特性,建立了相位-波长调制修正系数模型,对LC-SLM在非标准光波波长（670 nm）下的实际相位调制范围进行了修正,探究了该器件在双波长干涉测量系统中用于相位校正的可行性。     

弹光调制傅里叶变换光谱相位校正及DSP实现

弹光调制傅里叶变换光谱仪(PEM-FTS)具有调制速度快、信息量大的特点,但采样位置偏差会导致干涉图存在相位误差,影响复原光谱的准确性。因此,必需采用一种运算速度高的相位校正方案。以300 K黑体为辐射源,通过弹光调制干涉具产生干涉数据,并在TMS320C6713DSP芯片上,采用Mertz法对弹光调制干涉图进行相位校正。首先提取出一幅完整周期的双边干涉图,经过切趾处理后,以零光程差点为中心计算小双边干涉图的相位误差,再通过插值补零得到整幅干涉图的相位误差,求出整体干涉图的频谱并进行相位修正。采用二范数定义校正后反演光谱的精度,以计算定时器周期寄存器值的方法设置DSP定时器,以统计代码的运行时间,并通过观察链接命令文件.cmd中程序与数据的分配存储情况,来对比分析Mertz法与模平方法的校正结果。实验结果表明,在DSP上实现相位校正时,Mertz法相位校正方案具有运算速度快、占用存储空间少、误差较小等特点,并且Mertz相位校正法的运算时间较模平方法快20倍,适用于对PEM-FTS干涉图进行高速准确的相位校正。     

光纤干涉成像阵列全息相位校正研究

针对光纤传输和干涉成像阵列中的相位误差, 提出了一种基于特殊光子晶体的全息相位校正方法。首先分析了光纤干涉阵列成像的基本原理和相位信息的传输过程, 以一维线性阵列建立成像系统相位误差模型, 通过对参考光束和探测器前的快门交替打开和闭合, 来分别实现在晶体上写入由光纤阵列的出射光束与参考光束干涉形成的含有相位误差的光栅函数, 和光纤中出射光束被该光栅衍射和相位偏移以消除相位误差, 从理论上分析了上述基于光子晶体的全息法相位校正原理。最后采用所建立的含有相位误差的干涉阵列进行成像仿真, 对未加校正、采用本文方法和采用冗余基线校正的结果进行了对比分析。     

消除相位测量轮廓术中多路径效应的影响

提出了一种减小多路径效应带来的误差影响的方法,优化了相位测量轮廓术,利用亮度调制的差分图确定了受多路径效应影响大的区域,并根据相邻像素点的相位进行校正。实验表明,该方法有效地减小了相位误差,提高了三维测量的精度,校正后相位误差的均方根值比校正前减小了约57.3%。     

非对称空间外差干涉仪相位探测和漂移校正

针对多普勒非对称空间外差干涉技术,提出一种目标信号相位自校正的方法.首先通过连续采样单色光的干涉图跟踪绝对相位漂移;然后分段线性拟合不同风速下的干涉相位,通过计算两条拟合曲线距离去除相位漂移.搭建风速模拟实验平台,获得采样干涉图,并对相位误差进行校正.结果表明,在60.37 m/s的模拟风速下,相位漂移误差达到30.78 m/s,通过相位校正风速反演误差降低至3.51 m/s,风速精度得到较大改善.最终通过几组不同风速下的反演值得到了平均2.97 m/s的风速测量精度.     

光栅投影测量系统中的相位误差校正算法

依据光栅图像的相位单调增长特性,提出了一种基于最小二乘法的单调光顺算法进行光栅相位误差校正。详细分析了光栅图像的相位单调特性和相位误差,以光栅图像相位的单调性为约束条件,改进了传统的最小二乘拟合方法,对绝对相位图进行相位误差校正。实验结果表明,该方法降低了投影仪伽马非线性造成的相位误差,误差减少60%以上,校正后的绝对相位具有光滑性良好的优点。     

空间外差光谱仪相位校正方法的研究

空间外差光谱仪在应用的过程中由于各种测量原因使采集的干涉图存在相位误差。对此提出了一种改进的相位校正方法,该方法在提取单边变换光谱进行傅里叶逆变换求取干涉图相位曲线的基础上,通过拟合相位斜率求出相位误差,然后计算相位校正函数,将变换光谱与相位校正函数进行卷积来实现光谱相位校正。把该方法应用于实测单色谱与仿真水汽光谱的相位校正,实验结果显示该方法能有效的去除单色光谱边缘的低频假信号,提高干涉图的周期性和对称性;对于叠加了相位误差的连续光谱,使其校正前后的光谱与原光谱的标准偏差由0.47降为0.20,提高了光谱的准确性。     

一种结合两类相位调制激光多普勒频移测量的方法

提出了一种新的激光多普勒频移测量方法,该方法以相位调制拍频信号振幅和相位作为自变量定义新函数,并以该函数作为多普勒频移鉴频参量,将两类相位调制激光多普勒频移测量方法结合.理论上将该方法的鉴频曲线、灵敏度曲线以及误差曲线等与两类相位调制方法的相应曲线进行比较,发现该方法不但继承了相位调制拍频信号振幅方法的工作方式,能够对小频移量进行测量,而且吸收了相位调制拍频信号相位方法的测量能力,具有更高的测量灵敏度和动态范围.通过实验对硬目标反射的频移可控信号光进行测量,证明了理论的正确性,而且通过调整平移参数,可以使该方法的测量动态范围提高约26.8%,更适合对高多普勒频移量进行测量.     

谐振腔光纤陀螺相位调制复位误差影响的研究

对数字相位斜波调制中2π复位误差对谐振腔光纤陀螺（R-FOG）的影响进行了研究.结果表明,相位复位误差将会导致R-FOG输出光强信号的波动,光强波动周期等于相位斜波复位周期.反射输出光强的波动在相位斜波的前后半周期明显不同,前后半周期输出光强平均值的差异与复位误差的大小和方向相关.提出了一种相位调制复位误差的消除方法,利用前后半周期平均光强差作误差信号,反馈控制相位调制通道增益,可实现复位误差的消除.     

非对称空间外差干涉仪相位探测和漂移校正（英文）

针对多普勒非对称空间外差干涉技术,提出一种目标信号相位自校正的方法.首先通过连续采样单色光的干涉图跟踪绝对相位漂移;然后分段线性拟合不同风速下的干涉相位,通过计算两条拟合曲线距离去除相位漂移.搭建风速模拟实验平台,获得采样干涉图,并对相位误差进行校正.结果表明,在60.37m/s的模拟风速下,相位漂移误差达到30.78m/s,通过相位校正风速反演误差降低至3.51m/s,风速精度得到较大改善.最终通过几组不同风速下的反演值得到了平均2.97m/s的风速测量精度.     

辐射传输中的相函数展开方法研究

从辐射传输方程中相函数的展开方法出发，分别介绍了δ-M展开法和δ-fit展开法，并对这两种相函数展开方法进行了比较。结果表明，在相函数展开中，当所取勒让德多项式的阶数相同时，δ-M法的图像始终在真实相函数附近波动，始终无法逼近真实的相函数的值，而δ-fit法符合较好。     

RC串联电路相移测量方法的研究

利用电压法、李萨茹图形法和双轨迹法分别测量了RC串联电路的相移,并将实验值与理论值进行了比较。研究表明,在所选择的频率波段内,这三种方法测量的实验值与理论值符合的很好,具有高精度、测量装置简单、操作方便等优点。通过对以上三种测量方法的研究,能够让学生从直观上更深入地理解对RC串联电路的特性。     

原子-原子相互作用影响下Dicke模型的量子相变

原子与光腔相互作用的动力学特性的研究一直是量子光学研究的热点,本文利用自旋相干态变换和基态变分法从理论上求解光腔中冷原子系统的基态能量表达式,并且给出丰富的基态相图。在正常相时给出基态能量稳定值的解析解;而超辐射相时,我们可以利用迭代的方法近似得到原子布居数、平均光子数和基态能量随原子-场耦合强度的变化。本文主要呈现出原子-原子相互作用强度改变正常相到超辐射相的量子相变点,且是一阶相变,但未出现新的量子相和量子相变。     

多次散射辐射传输计算中的相函数处理

在实际大气中,分子和粒子不仅遭受单次散射,还遭受多次散射。本文首先计算了多次散射在总散射量中的贡献。结果表明当光学厚度大于0.1时,多次散射在总散射量中的贡献将超过10%,因此必须考虑多次散射的作用。在多次散射辐射传输计算时,一般需把散射相函数展开为勒让德(Legendre)函数的多项式。有些介质如云或气溶胶粒子,散射相函数前向非常尖锐。展开的Legendre多项式需数百项甚至上千项才能收敛,而计算时间与展开项数的3次方成正比。本文介绍了在辐射传输计算时对尖锐相函数的δ-M和δ-fit处理方法,比较了两种方法的计算结果。当计算用的流数相同时,δ-fit方法的计算结果比δ-M方法的计算结果要精确得多;当计算结果精确度相同时,δ-fit方法的流数比δ-M方法的流数少得多,运算速度也快很多。δ-fit方法是目前处理散射相函数的理想方法,可以大大提高计算的精度以及缩减运算时间。     

Wavelength-Multiplexing Diffractive Phase Element with Quantized Phase Structure

We have reported on the design algorithm of the wavelength-multiplexing diffractive phase element (WMDPE) capable of generating independent spot patterns for more than two wavelengths. [J. Opt. Soc. Am. A 18 (2001) 1082] In this paper, the stepwise quantization method proposed by F. Wyrowski [J. Opt. Soc. Am. A 7 (1990) 961] is built into the algorithm to design the WMDPE with quantized phase structure. Validity of the method is verified by the WMDPE for 7 wavelengths with 9 phase levels. The optical experiment demonstrates that the fabricated WMDPE generates correct patterns for different wavelengths. Performance dependence of the WMDPE on the number of quantized phase levels is discussed based on the simulation results.This paper was originally presented at the 2nd International Conference on Optical Design and Fabrication, ODF2000 which was held on November 15-17, 2000 at the International Conference Center, Tokyo, Waseda University, Japan.     

Matlab软件和逐差法在共振法和相位法测量超声声速中的应用

共振法和相位法可以测量声速,本文使用逐差法处理实验数据以减小实验中的随机误差和仪器误差。实验中测量的物理量较多,人工处理数据比较繁琐,且容易出错。因此,本文使用Matlab软件和逐差法处理数据。把测量的实验数据和仪器不确定度输入Excel表格中,然后把Excel文件引入到Matlab软件中,运行逐差法计算的程序后可以直接得到声速,以及测量的百分差和相对不确定度,处理过程快捷精确。经过计算发现:相位法测量声速的百分差略低于共振法测量声速的百分差。     

低速十字路口交通流模型相图

研究由两个单车道构成低速十字路口交通流模型.模型中两车道上的车辆更新遵循无交通灯管制下的并行规则.依据构建相图的原则并采用局部占有概率方法,建立相图,给出相图中的各部分区域的流量表达式.两车道均采用周期边界条件和确定性FI模型进行数值模拟,模拟结果与理论分析精确一致.模型中两条车道的行车规则更接近实际道路交通,该结果为交通管理提供一定的指导作用.     

芯轴型光纤水听器声压相移灵敏度响应分析

提出了一种带空气腔芯轴型光纤水听器的结构模型,并对其声压相移灵敏度的响应特性进行了研究.通过对空气腔芯轴型光纤水听器的基本原理和结构进行分析,得出光纤与弹性筒作用的相互关系;建立了动力学等效模型,得出带空气腔芯轴型光纤水听器声压相移灵敏度表达式以及频率特性的理论模型;利用有限元方法,得到芯轴型光纤水听器的响应模型.根据提出的结构和确定的参量制作出相应的探头,经过试验测试,其3 dB带宽约为30 kHz,测试结果验证了提出的理论模型与有限元模型的正确性.     

相位微扰法在粗糙面光散射中的应用

根据粗糙面散射理论，用相位微扰法推导出了从随机粗糙介质表面散射的激光雷达散射截面的理论计算公式，计算了几种粗糙表面样品在１．０６μｍ下的单位面积激光雷达散射截面，数值结果与实验数据基本吻合。     

相变温度场中无网格伽辽金法的应用

简述了无单元法的基础理论,推导出相变温度场的无单元法计算公式,采用罚函数法引入了第一类边界条件,编制了相应的计算程序.通过经典相变的应用例子,和有限元计算结果及解析解的比较,说明了无单元法应用于相变温度场具有连续性好,精度高,前后处理简单等优点.