零相关位相板准远场应用的数值研究

对零相关位相板匀滑准远场散斑的特性进行了数值模拟,并与使用随机位相板(配合二单元 偏振控制板)的情形进行了比较.结果表明,尽管零相关位相板是针对入射场为平面波和作为 远场应用而设计的,但在准远场应用中,当离焦距离不超过0002355λf²/d2,入射场的振幅随机起伏不超过10%和位相随机起伏不超过λ/2０的情况下,其 散斑的光强起伏仍明显低于采用随机位相板的情形.因而,零相关位相板在准远场应用中仍 能有效地匀滑散斑. 关键词： 零相关位相板 准远场散斑匀滑 激光聚变     

散斑场相位涡旋及其传播特性的实验研究

用CCD记录散斑场和参考光的干涉图样, 利用傅里叶变换法实现了散斑场复振幅以及相位分布的实验提取, 在复振幅实部零值线和虚部零值线切点处出现一种新的相位奇点, 与两条零值线交点处的传统相位奇点周围单调螺旋变化的相位分布不同, 绕切点一周的相位具有先增大后减小几乎呈对称性分布的特性, 为了解释这种新的相位奇点,提出了准孪生相位涡旋的概念. 在理论研究散斑场强度的纵向自相关函数的基础上, 实验观察散斑场相位涡旋的传播, 发现在光强纵向相关长度范围内的不同传播距离处的观察面上, 复振幅实部和虚部随机变化而涡旋的 关键词： 相位涡旋 散斑 干涉     

高斯相关随机表面光散射散斑场相位奇异及其特性的理论研究

通过对二维高斯相关随机表面在远场平面上产生的散斑场及其相位的计算模拟, 发现在某一平面上除了实部零值线与虚部零值线有传统相交之外, 还有相切和重合的情况.切点和重合线也可以形成相位奇异, 并且其周围相位分布与传统的实部零值线与虚部零值线相交形成的奇点周围相位的螺旋变化不同, 呈现出对称性和不连续性的特征. 随着光波的传播, 在不同的观察面上散斑场复振幅的实部零值线和虚部零值线的相对位置经历了由相切到重合再到相交的演变过程, 相位奇异现象也随之发生变化. 关键词： 相位奇异 相位跃变 散斑场     

大散射角散斑场中有关相位奇异新特性的研究

利用散斑场和参考光的干涉提取散斑场复振幅和相位, 研究了不同散射角下散斑场相位的分布规律以及相位奇异处光波复振幅实部零值线和虚部零值线夹角、光强等值线离心率的统计特性. 在大散射角散斑中发现了一种新的相位奇异现象, 即相位奇异线; 研究了相位在跨越奇异线时的突变规律及涡旋状相位的分布特征, 发现在相位奇异线处存在着呈双曲线或抛物线状的光强等值线.     

水下高斯界面背向散射超声散斑场的相位奇异

为了精确描述超声散斑场的特性,提出了采用计算机模拟产生超声散斑场的方法.利用模拟产生的高斯相关随机表面,获得了这类表面远场超声散斑场,同时得到了声强分布和相位分布.与实验产生的散斑场进行对比,建立了超声散斑场接收的实验系统,取与计算模拟相同的参数,获得了实验散斑场.通过对比发现:计算机模拟产生的超声散斑场相位存在奇异点,奇异点周围相位分布类似漩涡,计算机模拟产生的散斑场与实验得到的散斑场强度分布相似,强度值比实验产生的散斑场强度大,携带有用信息的高亮散斑较多,暗点较少,更利于研究和分析.     

方形环孔和圆环孔形成的散斑场及相位奇异特性的理论分析和实验验证

通过对方形环孔和圆环孔形成的散斑场及其相位奇异性的研究,发现在某一平面上实部和虚部零值线的位置关系出现了复杂相切相交的情况,复杂相切相交点也形成相位奇异,并且其周围相位分布与传统的实部零值线与虚部零值线相交形成的奇异点周围相位的螺旋变化不同,呈现出对称性和不连续性的特征.方形环孔和圆环孔形成的散斑场的散斑颗粒分布与传统方孔不同,受散射孔径的调制分别排成水平或竖直的条纹状轮廓和类似于圆形的轮廓,在散斑场的局部光强图中出现了很多类似于圆形的黑暗区域,称其为"光强暗核",其中心对应着一个相位分布较均匀的涡旋.     

基于束间动态干涉的快速匀滑新方法

针对高功率激光装置中靶面辐照均匀性的高要求,提出了一种利用束间动态干涉改善辐照均匀性的快速匀滑方法.基本原理是利用共轭相位板阵列对存在一定波长差的多束激光附加相位调制,从而使各子束在远场两两相干叠加以产生动态的干涉图样,进而引起焦斑内部散斑的动态扫动,在ps时间内抹平不均匀性.以典型惯性约束聚变装置中的激光集束为例,通过建立基于束间动态干涉的快速匀滑物理模型,定量分析了相位板类型、相位调制幅度和束间波长差等因素对焦斑动态干涉图样的影响及规律,进而对其束匀滑特性进行了讨论.结果表明,基于束间动态干涉的快速匀滑方法可以有效地实现多方向、多维度的焦斑内部散斑快速扫动,且通过与传统束匀滑技术的联用,可以在更短的时间内达到更好的焦斑均匀性.     

纯随机相位板散斑去相关光学相干层析成像

光学相干层析成像（OCT）的图像质量会受到散斑噪声的影响,限制了OCT在临床诊断中的应用。叠加取平均是一种降噪的常用方法,作为相干噪声,散斑降噪的关键在于降低用于叠加的图像之间的散斑相关度。提出了一种基于纯随机相位板的散斑去相关OCT系统（PSD-OCT）。利用纯随机相位板调制样品光的波前相位以实现散斑去相关,从而为采用叠加取平均降低OCT图像噪声的方法提供低相关数据。成像实验证明了纯随机相位板能够降低散斑相关度,提升叠加图像的散斑信噪比,使得生物样品的精细结构更为清晰明显。与传统OCT的相关叠加相比,PSD-OCT的去相关叠加可以大幅降低散斑噪声从而增强OCT图像的视觉可见性,且无需搭建复杂系统,具有广泛的生物医学成像应用前景。     

参考光干涉提取复振幅的散斑统计函数的实验研究

由散斑场和参考光的干涉图样提取散斑场复振幅、相位和强度的数值分布,并对其统计特性进行实验研究,消除了散斑场强度统计函数特别是概率密度函数的传统测量方法中噪声引起的偏差,并实现了散斑场复振幅和相位统计特性的实验研究.通过对不同散射角处散斑场的研究发现随着散射角度的增大散斑颗粒逐渐呈现出横向展宽的现象,且其平均宽度表现为各向异性,但是其概率密度函数并没有发生变化,与小角度情况一样属于圆形高斯散斑场. 关键词： 散斑 概率密度 干涉     

基于多色散斑延长效应的表面粗糙度测量及影响因素分析

粗糙表面在多波长激光束照射下形成的多色散斑场显示出散斑延长效应,利用此效应可以测量表面粗糙度,并且测量结果在一定条件下不受粗糙表面横向特征的影响。通过模拟计算随机粗糙表面的多色散斑场,以空间平均的多色散斑场局部自相关函数研究了平均散斑延长率〈χ〉对表面轮廓均方根偏差σh的依赖关系,分析了测量系统因素,如入射激光波长组合、成像器件光敏单元尺寸和动态范围对测量结果的影响。结果表明,以空间平均的局部自相关函数代替集平均的散斑自相关函数描述多色散斑延长效应是有效的;为达到一定的粗糙度测量精度,应选择合适的入射激光波长组合和合适的成像器件光敏单元尺寸。     

基于光克尔效应的径向光束匀滑新方案

针对惯性约束聚变装置中提高靶面辐照均匀性的要求, 提出了一种基于光克尔效应的径向光束匀滑方案, 其基本原理是利用光克尔介质和周期性高斯脉冲光束相互作用实现对激光束透射波前附加周期性的球面位相调制, 以周期性地改变激光束远场焦斑尺寸, 进而引起远场焦斑内部散斑的快速径向扫动, 从而在积分时间内抹平靶面焦斑的强度调制, 实现径向方向的光束匀滑. 通过建立基于光克尔效应的径向光束匀滑的理论模型, 分析了焦斑形态及其径向匀滑特性, 并讨论了光克尔介质的选取和径向扫动特性. 结果表明, 基于光克尔效应的径向光束匀滑方案可以有效地实现远场焦斑内部散斑的周期性径向扫动, 从而在积分时间内快速改善靶面辐照均匀性.     

The optical near-field speckles and their first order statistics on the basis of the integral equations of electromagnetic field

Speckle fields are the random light wave distributions produced when the light fields are scattered from random surfaces or a random medium. They appear in many optical phenomena that are related to light propagations[1,2] and have found wide appli-cations in a variety of scientific and technical fields. The examples of the recent impor-tant applications of speckles include the analysis of the movement of the granules[3], the three-dimensional imaging for the microstructures of metal nanocryst…     

基于涡旋光束的超快速角向集束匀滑方案

针对惯性约束聚变装置对激光集束辐照均匀性的需求,提出了一种基于涡旋光束的超快速角向匀滑方案,即利用螺旋相位板使2×2集束中的两子束由超高斯光束变换为涡旋光束,而其余两子束不变,进而通过对子束偏振态和中心波长的调控,使集束中的涡旋光束和超高斯光束在靶面两两相干叠加.相干叠加后的焦斑以皮秒量级为周期超快速旋转,从而在极短时间内快速抹平焦斑强度调制,改善靶面辐照均匀性.通过建立基于螺旋相位板的激光超快速角向集束匀滑方案的物理模型,分析了其角向匀滑特性,并与光谱角色散技术和径向匀滑技术进行了比较分析.结果表明,这一新型激光集束匀滑方案能实现对焦斑的超快速角向匀滑,且能在数皮秒时间内达到最佳辐照均匀性.     

基于双频光源和涡旋相位的互补旋转集束匀滑方案

提出了一种基于双频光源和涡旋相位板实现光束快速互补旋转的集束匀滑方案。双频光源为集束中各子束提供频移，拓扑荷数相同但反号的涡旋相位板阵列用于将各个子束变换成拉盖尔—高斯(LG)光束，而通过偏振控制则可实现子束间两两的相干叠加。在此基础上，通过采用共轭连续相位板可使波长不同、偏振态不同的子束组合在靶面形成快速旋转且空间上互补填充的焦斑。结果表明，利用这一方案可实现子束散斑在靶面上快速旋转且散斑分布保持互补，进而有效改善靶面辐照均匀性，甚至为抑制激光等离子体不稳定性提供了一种潜在途径。     

径向偏振调制对聚焦光斑匀滑及偏振特性的影响

基于标量衍射理论建立了光谱色散平滑(SSD)、随机相位板(RPP)和偏振匀滑(PS)联用的光束匀滑方案数值仿真模型。以斑纹对比度和偏振度为主要评价参量,利用该模型研究了径向偏振调制的匀滑及消偏振特性。研究表明,径向偏振调制可以有效降低聚焦光斑斑纹对比度和偏振度。使用半波片拼接方式产生近似径向偏振光时,拼接单元数对匀滑及偏振特性影响较小,8片拼接的匀滑效果已与理想径向偏振光几乎一致。对比分析了径向偏振调制、正交偏振调制和双折射楔三种PS方式,结果表明,由于三种PS方式本质上的一致性,光束的匀滑及偏振特性差别较小。     

Texture analysis of speckles due to random Koch fractals by lacunarity

We analysed the textures of speckles produced from random Koch fractals to quantitatively confirm the existence of speckle clustering which we investigated in a previous paper. The texture analysis involved using the lacunarity of these speckles, which is defined as fluctuations of the intensity integrated within a box, and comparing this quantity with that for ordinary fully-developed speckles. The lacunarity of clustered speckles was found to be greater than that of ordinary speckles throughout the whole range of the size of the box under examination, indicating the existence of long correlation tails in speckles. We also discuss the physical origin of these long correlation tails.     

利用消衍射透镜列阵及光谱色散平滑实现焦斑均匀辐照

提出将空间域的透镜列阵法和时间域的光谱色散平滑法结合起来实现靶面的均匀辐照. 消衍射型透镜列阵能获得边缘陡峭且顶部较平坦的准近场焦斑，光谱色散平滑则能有效地抹平焦斑内部由多光束干涉引起的细密条纹. 数值结果显示，通过该方案能获得均匀性较好的焦斑. 进一步分析了光谱色散平滑单元中位相调制和光栅的参数对辐照均匀性的影响，发现参数的选取要在焦斑均匀性和能量利用率之间取得合理平衡，以在整体上获得最佳的均匀辐照效果. 关键词： 光谱色散平滑 透镜列阵 衍射 多光束干涉