基于空间光调制器获得空心光束的数值模拟和实验研究

光镊技术中,会聚的空心光束形成的能量光阱可用来捕获吸光性颗粒或操纵吸光性颗粒沿光轴方向运动。采用Gerchberg-Saxton(GS)算法计算所需相位,并将相位载入相位型空间光调制器来获得空心光束。为了提高会聚的空心光束能量,对空间光调制器相位屏进行预处理,叠加数字闪耀光栅位相,实现了将四个一级衍射谱闪耀至零级干涉极大位置,空心光束能量提高到原来的4.7倍。为了消除空间光调制器二维光栅结构所形成的零级谱亮斑以及高级谱的影响,在相位屏上加入球面波相位,使得空心光束衍射谱平面与零级谱平面的空间位置分离,并采用带通滤波器将空间光调制器的零级谱亮斑和高级谱滤掉。采用高度会聚透镜将所得空心光束会聚为微米尺寸,可应用于捕获吸光性颗粒。另外,利用离散傅立叶变换的平移原理实现空心光束实时平移,该方法可应用于实时操纵吸光性颗粒移动。     

提高PIV片光源质量的研究

根据高斯光束的性质,本文设计了一种利用普通连续激光器产生较高质量PIV片光源的光路系统。整个光路分为两部分,第一部分为原始光束优化光路,第二部分为片光分光光路。原始光束优化光路通过一系列凸凹透镜有序布置,将原来直径大于2mm的光斑在PIV实验区间控制到1mm以下。优化光路能有效集中激光能量,提高片光亮度。片光分光光路使用鲍威尔棱镜将激光光束分为扇形片光,再用平凸柱面镜将扇形片光汇聚为矩形片光。鲍威尔棱镜分得片光的能量在宽度方向分布较常规双凹柱面镜均匀。平凸柱面镜将扇形光源中分散在极宽区域的能量集中在固定宽度里,使得激光能量的有效利用率提高,有利于PIV实验。     

谐振腔参数对激光陀螺性能影响的分析

谐振腔是构成激光陀螺的主体，其参数直接影响陀螺的性能，从激光陀螺基本误差理论出发，分析了谐振腔腔长、光阑、毛细孔孔径一致性、毛细孔与光轴相对关系等与陀螺误差的关系。利用激光陀螺的尺度定律 分析了两种典型腔长的激光陀螺，给出了分析结果。根据激光陀螺放电引起的陀螺误差关系及谐振腔振荡模式特性，研究了谐振腔放电毛细孔的加工误差及谐振腔光阑对激光陀螺的影响，给出了毛细孔、光 阑的设计准则，并根据高斯光束特性得出光阑背向散射系数的表达式。这对激光陀螺的设计具有重要的参考价值。     

单光束楔形镜云纹干涉法

本文利用单光束楔形镜云纹干涉法代替传统的双光束云纹干涉法进行位移场和应变场的测量.单光束云纹干涉法具有光路简单,不受环境干扰等特点.本文将云纹干涉法的波前理论与近代光学信息技术有机地结合起来,对单光束干涉系统进行了分析,得到了记录的光强和再现的位移应变公式.利用该系统,得到了三点弯矩形梁的全场位移条纹图和应变条纹图.     

激光多光束闸墩位移测量研究

根据实际大型工建筑测试的需要，研究激光多光束的全变位测试方法，提出了相应的计算公式，研究了制造了实用的测试装置，并对大型闸墩进行了实地测量，分析了闸体的损伤程度，作了安全评估。     

激光多普勒测速技术讲座(三)——多普勒信号的分析处理

一、多普勒信号的产生、变换和频谱 现以双光束差动模式光路为例,说明多普勒信号的产生及变换过程。在两根光束的相交部位——测量体中,根据条纹模型的解释,存在明暗相间的干涉条纹。所用激光束是高斯光     

基于高速图像分析的激光器光束稳定性及光斑质量评价方法研究

机载激光器的光束稳定性及光斑质量是关系到该武器系统毁伤效率的关键性因素。本文基于棱镜分光及数字图像处理技术,发展了能够在实验室实验中同时获取激光光斑位置和光强分布信息且不会对系统自身工作产生影响的方法及系统,实现了对激光光束稳定性及光斑质量的评价。该方法利用数字相机采集光斑图像,并根据像素灰度值计算光斑位置和光强分布。标定实验结果表明,该方法对光斑位置的测量误差可控制在1%以内,对光斑质量也可以实现很好的评价。     

多体系统动力学的高斯拘束分析方法

为研究高斯拘束原理下多体系统的动力学分析问题,针对一类多体开环链状结构,运用高斯拘束方法建立了动力学方程,讨论了动力学方程的符号推导过程,并给出了封闭形式的动力学方程解析表达式.以刚性和柔性结构为例,比较分析了不同分析方法、不同自由度下符号推导多体结构动力学方程的运算时间.分析结果表明,高斯拘束方法与传统的拉格朗日方法相比,更适合于多体结构动力学方程的符号推导,且结构自由度越高,其运算优势越明显.高斯拘束方法为一种较好的多体系统动力学分析方法.     

多态网络的Master方程及噪声分布的高斯近似

本文从多态Ｉｓｉｎｇ神经网络的Ｍａｓｔｅｒ方程出发，获得了其序参量的精确动力学方程。由这些动力学方程，很容易得到网络在极端稀释条件下的近似方程。该近似结果与用概率方法及生成泛函方法得到的结果完全一致。文中还讨论了噪声的动力学方程中所起的重要角色作用，并指出用概率法及生成泛函法得到的动力学方程是噪垢分布取高斯近似的结果。     

简支梁非线性响应的三维路径积分法分析

采用基于Gauss-Legendre积分公式的三维路径积分法，分析了在过滤高斯白噪声激励下的简支梁非线性随机振动响应的概率密度函数；联立一阶滤波方程与简支梁一阶模态的振动模型，得到在过滤高斯白噪声激励下的简支梁随机振动模型，基于Gauss-Legendre积分公式的积分法和短时高斯近似法求解响应的概率密度函数值。结果表明，三维路径积分法计算值与蒙特卡洛模拟值符合良好，即使在尾部区域也符合良好。三维路径积分法比等效线性化法的计算精度更高。     

单光束错位云纹干涉法测三维位移导数

本文提出了一种单光束错位云纹干涉法.该方法可以实现实时测量,并可自动消除刚体位移的影响.该方法可被用于现场和动态测量.     

曲面面内位移场测量的云纹干涉法

本文提出了一种测量曲面变形的双光束云纹干涉法.该方法强全息干板粘贴在圆柱表面以记录圆柱的曲面变形,滤波后可得到周向和径向位移信息.该方法的光路简单,灵敏度很高,条纹对比度好,为曲面变形测量提供了一种新方法.     

CRIN介质用于面内位移的测量

本文把梯度折射率介质的面内位移与其折射率梯度联系起来,对面内位移导致的折射率变化进行研究,介绍了ＧＲＩＮ介质用于面内位移测量的基本原理,给出了双光束干涉法测量悬壁梁挠度的实验方法和实验结果。     

GRIN介质用于面内位移的测量

本文把梯度折射率（ＧＲＬＮ）介质的面内位移与其折射率梯度联系起来,对面内位移导致的折射率变化进行研究,介绍了ＧＲＩＮ介质用于面内位移测量的基本原理,给出了双光束干涉法测量悬臂梁挠度的实验方法和实验结果     

屈曲型数字微镜结构的机电动力学分析

设计一种基于压杆屈曲原理的数字微镜装置，针对该装置建立机电动力学模型，应用龙格-库塔法和有限元数值方法求解其动力学模型中的隐函数。通过对该模型的完整机电动力学微分方程数值求解所作的运动仿真，得到了微镜基板的连续角位移曲线，表明该装置具有良好的光束稳定特性。     

非高斯激励下带附加质量的悬臂梁响应研究

大多数悬臂梁的研究都是基于确定性振动分析或将外部激励假定为高斯过程,鲜少涉及非高斯激励。针对非高斯激励下带附加质量的悬臂梁的响应特征进行研究。首先,通过Lagrange方程建立考虑曲率非线性的悬臂梁振动方程;然后,通过指数多项式闭合法求解结构响应的概率密度函数,并分析了平均到达速率、激励强度及附加质量对结构响应的影响;同时分析了非平稳非高斯激励下非线性结构参数对响应的影响。计算结果表明,指数多项式闭合法与模拟解吻合很好,平均到达速率越大,结构响应的概率密度函数曲线收缩越明显。     

随机应力过程下半椭圆型表面裂纹的扩展

本文应用随机平均原理研究了在随机载荷作用下具有随机抗裂特性的构件所含半椭圆型表面裂纹的疲劳扩展。导出了支配半椭圆型表面裂纹尺寸的转移概率密度的ＦＰＫ方程，给出了裂纹扩展方程在表面和深度两个方向互不耦合情形下的解析解。通过数例详细考察了具有确定性抗裂特性的构件所含半椭圆型表面疲劳裂纹在平稳窄带高斯应力作用下的扩展行为，并有和数字模拟验证方法的有效性。     

低密度流场的光学测量

用灵敏度四倍于Mach-Zehnder干涉仪的多波长多光束Fabry-Perot干涉仪对较低密度流场进行了测量.根据二维射流混合理论,在混合气体摩尔比不变的条件下,导出了描述流场光学质量的 Strehl 比与压力 p 的关系式,并进行了实验验证.结果表明,换算值与实验值吻合很好.从而为低密度流场中光学质量的模拟和估算提供了一种分析处理的方法.     

基于海洋遥感图像的无人艇路径覆盖规划算法

遥感技术和无人艇的结合在海洋覆盖应用中具有巨大的潜力，提出了一种基于海洋遥感图像的无人艇路径覆盖方法。首先，为了建立精确的地图模型，提出了一种基于改进YOLO V3的旋转目标检测算法，在YOLO V3的基础上，细化障碍物的轴向、长度、宽度和坐标信息，在不增加计算量的情况下提高复杂场景下障碍物检测的召回率。然后，为了获得高效的覆盖路径，提出了一种基于旋转光束和贪心算法的路径覆盖算法。该算法将完整路径分为直行路径和转弯路径，分别基于长度与避障目标优化覆盖路径。仿真结果表明，较基于栅格地图的神经元激励算法，所提出算法在长度上平均减少了9.3%，并且在2种极端海洋环境中实现路径覆盖率为100%，重复率小于2.1%。     

谐振式光纤陀螺空间光学谐振腔耦合效率分析与设计

谐振式光纤陀螺中光纤谐振腔为关键敏感器件,新型空芯光子晶体光纤具有高环境适应性和小弯曲半径等特性,有利于陀螺降低寄生噪声及小型化。针对传统熔接耦合损耗大问题,提出了基于球透镜的空间耦合谐振腔方案,分析了该谐振腔方案精度的影响因素,并给出腔内光纤耦合效率要求。根据矩阵光学理论和高斯光束传输特性推导了系统传输矩阵,并基于模场匹配法给出了系统耦合效率模型。根据导航级陀螺腔内光纤耦合效率高于87%的要求,将系统装配误差分解,完成了系统参数对装配容差的影响分析以及系统参数设计、优化及装调建议。空芯光子晶体光纤耦合误差验证实验表明,参数设计优化前后耦合效率接近,优化使得光纤径向和倾斜容差提高了约16%和100%,从而降低了装配难度,提高了系统稳定性。理论分析与实验验证基本吻合,为其工程化应用奠定了基础。