One-shot in-line digital holography based Hilbert phase-shifting

A novel one-shot in-line digital holography based on Hilbert phase-shifting is proposed. By weakening the ratio of object wave to reference wave and applying natural logarithmized operation on the in-line digital hologram, the real part of object wave can be well extracted. Then utilizing Hilbert transform to digitally realize 7r/2-phase shift, which would make it possible to reconstruct the object wavefront from a single-exposure in-line digital hologram. Preliminary experimental results are presented to confirm the proposed method. This technique can be used for real time imaging or monitoring moving objects.     

结构光测量中快速相位解包裹算法的讨论

对Schofield等提出的快速傅里叶变换（采用4次傅里叶变换和4次逆傅里叶）解包裹算法和Volkov等提出的相位重建算法（仅采用两次傅里叶变换和一次逆傅里叶变换）进行了讨论,提出基于离散余弦变换的快速相位解包裹算法.指出前两种算法在处理一般带噪音的模拟相位图时具有明显的优势,其处理结果非常接近理想值,而在处理相位变化剧烈或不连续区域的实验相位图（采用四步相移法测量雕刻佛像的三维面形）时出现较大误差,甚至无法处理,而基于离散余弦变换算法能很好的解决这个问题,并且拥有比前两种算法更快的运算速度.在实际应用中,针对不同的相位图把Schofield所提出的算法与基于离散余弦变换的算法结合起来,可以解决大部分相位解包裹问题.     

基于联合变换相关器的Dempster-Shafer理论计算

提出了用联合变换相关器(JTC)来实现证据理论概率分配函数正交和的光学计算,在理论上对于如何用联合变像相关器实现证据理论分配函数正交和作了详细的讨论,并作了相应的仿真测试,结果显示该方法是可行的。与John Caulfield提出的用声光器件矢量外积实现的正交和计算相比,在该结构中由于采用二进制编码的数值计算,因此其计算精度得到了提高,同时对联合变换相关器输入端二进制编码的数值空间位置的适当调整可以直接得到所需要的证据理论正交和矢量,在处理步骤上得到了简化。     

基于光子数目比较的激光测距法

提出了一种新颖的激光测距方法。该方法避开了传统激光测距法中使用复杂辅助电子设备对脉冲计时或比较相位差的过程,而主要通过光学手段分析和提取待测距离信息,最终通过比较大量光子数目的方法求得待测距离。并利用单轴晶体的双折射和全内双反射性质,用特殊结构的单块LiNbO3晶体设计了实施该方法的主体装置。结果表明,该激光测距法同目前普遍使用的激光测距法相比,不但简化了结构,而且有很高的测距精度,从而为激光测距开拓了一种新的思路。     

基于有限差分光束传播法的过渡波导功耗分析

为了在既定尺寸下减小斜坡波导和弯曲波导的功耗，设计了4种过渡波导形状函数。用有限差分光束传播法(FD-BPM)进行了模拟分析，发现过渡波导形状的选取与坡度和曲折角存在条件有关，并给出了条件表达式及其详细说明。     

基于数字全息技术的迈克尔逊干涉仪设计与应用

传统的迈克尔逊干涉仪只能简单地呈现光的干涉图像，并不能生动体现光的波动特性及其形貌特征，且测量过程繁琐。针对这些问题，提出了一种基于数字全息技术的新型迈克尔逊干涉仪实验装置。该装置采用2个CCD相机代替传统迈克尔逊干涉仪中的平面反射镜，并引入与球面光相干的平面参考光与球面光发生干涉，利用数字全息技术直接获取2个CCD记录面上的球面光复振幅信息，然后通过最小二乘拟合获取球面波参数，并对球面光复振幅进行解调得到居中后的球面光复振幅，最后通过数字干涉的方法实现两球面光的干涉。实验结果表明，该装置能实时生动地显示入射球面光的三维图像和两球面光的干涉图像，同时根据拟合得到的参数能便捷地测量透明等厚介质的折射率，实验中测量了3种不同材料的折射率，其误差均能控制在±5%以内，有较高的测量精度。     

一阶光学系统分数傅里叶变换的相空间分析

在维格纳相空间中,通过将一阶光学系统的传输矩阵分解为坐标旋转、比例缩放和啁啾矩阵的组合,得到了一阶光学系统在空域的分数傅里叶表示.结果表明:任意一阶光学系统均可表示为经过比例缩放和二次相位调制的分数傅里叶变换.通过将输入输出光场在相空间中作π/2角旋转,得到了一阶光学系统在频域的传输矩阵和衍射积分公式,进而得到了一阶光学系统在频域的分数傅里叶表示.比较空域和频域一阶光学系统的相空间变换矩阵,说明2个系统本质上属同一变换在不同基坐标下的表示,并推导出了光学系统在空域和频域具有相同分数傅里叶变换的条件.     

基于成像光通信的时间-空间扩频混合光码分多址编码方案

为了在成像光通信中充分利用时间和空间两种频带资源,以成像光通信为基础,提出一种利用二维光正交Pattern码结合时域扩频实现光码分多址(OCDMA)编码的新方案。分析在该方案中存在的多址干扰噪声,并给出了噪声的概率密度函数,然后讨论由多址噪声引起的误码率与判决门限、用户数、码长积和码重积之间的关系。在相同的码容量下与时域扩频光码分多址编码和空间扩频光码分多址编码方案相比,该方案能降低对相关器件性能(时域码片数量和空间像素规模)的要求,而且还可获得更小的误码率。最后给出编码解码的光学实现方案。     

应用分割矩阵全局优化算法设计用于编码孔径成像的二维阵列

二维编码阵列是编码孔径成像的关键部件,它直接决定着再现的层析图像的质量。目前仍没有一种理想的二维阵列既具有较高的量子收集率,又具有良好的层析成像特性。采用一种新的方法———分割矩阵(DIRECT)全局优化算法,设计二维阵列,该算法适用于多变量“黑盒”问题的求解,并且具有比其他优化算法更快的收敛速度。其目的是设计一类自相关函数旁瓣最大值为1,同时具有最大填充率的二维编码阵列。理论分析及实验结果表明:用该算法搜索得到的二维阵列既具有较高的量子收集率,又具有良好的层析成像特性。     

矩阵理论在半导体激光器耦合中的应用

傍轴近似下的光学矩阵理论，可以简化光束传输计算过程，使光学系统设计更为方便。将ABCD变换矩阵方法引入到耦合光学系统的设计中，运用高斯光束的ABCD法则，详尽地给出了某一耦合方式下的半导体激光器耦合入单模光纤系统的设计；另一方面，对系统的耦合损耗与耦合距离的关系进行了理论计算，并把计算结果与最近的实验报道做了比较，它们基本相吻合，说明此方法是可行的、合理的。从整个设计及理论计算来看，ABCD矩阵方法减少了复杂的计算，从而简化了设计过程，与通常的衍射计算相比，它不失为一种方便、有效的方法，同时它对生产半导体激光耦合器也有实际指导意义。