基于微波频差转换的光学拍频研究

光学拍频是大学物理和光学实验教学中的重要内容.由于激光器存在中心波长漂移问题,实验中不易产生可观测的拍频信号.受到微波光子技术中微波波段和光波波段相互作用机理的启发,提出了基于微波频差转换的光学拍频方法.借助强度调制和相位调制将两个频差较小的微波信号调制到同一光载波上,结合光学滤波器获得了两个频差极小的稳定光信号,利用光电探测器实现光学拍频,从仿真和实验两个层面分别获得了可视化的低频拍频信号.该研究为大学物理和光学实验提供了与科学前沿相结合的实验方案,可拓展教学内容和教学深度,有利于培养学生的科学素养.     

基于多角度无透镜傅里叶变换数字全息的散斑噪声抑制成像研究

在数字全息成像中,散斑噪声严重影响了再现像的信噪比和成像分辨率,因此为了提高数字全息成像质量,迫切需要抑制再现像的散斑噪声.分析并给出了矩形散射光斑的强度协方差,定量计算了特定实验条件下产生退相关散斑图样的最小角度差.结合透镜的性质设计并搭建了多角度无透镜傅里叶变换数字全息成像系统,利用光纤端面在透镜焦平面的二维机械移动代替传统反射镜的旋转,使照明光束在不改变照明位置和大小的同时,可任意改变光束方向.移动光纤端面使多角度照明满足最小角度差,获取了81幅数字全息图.利用单次快速傅里叶逆变换实现数值再现,对多幅再现像的强度像求平均,实验结果表明散斑对比度降低为单幅再现像的14.6%,使图像信噪比提高了6.9倍.该抑制散斑的多角度数字全息成像方法有效的抑制了散斑噪声,且成像光路结构简单,可操作性强.     

基于TPX透镜的连续太赫兹波像面数字全息成像研究

太赫兹波对非极性材料具有良好的穿透性,与太赫兹波强度成像相比,相衬成像能够更好的反映物体的内部结构.本文提出了基于TPX透镜的连续太赫兹波像面数字全息相衬成像方法,研究了全息记录和再现过程,利用曲面拟合畸变校正去除TPX透镜引入的二次相位畸变.实验搭建了太赫兹像面数字全息成像系统,利用振幅型西门子星样品对系统的成像分辨...     

Non-invasive monitoring of living cell culture by lensless digital holography imaging

A non-invasive detection method for the status analysis of cell culture is presented based on digital holography technology.Lensless Fourier transform digital holography (LFTDH) configuration is developed for living cell imaging without prestaining.Complex amplitude information is reconstructed by a single inverse fast Fourier transform,and the phase aberration is corrected through the two-step phase subtraction method.The image segmentation is then applied to the automatic evaluation of confiuency.Finally,...     

三维显微测振中离轴光路机械形变对耦合效率的影响

三维显微测振仪可用于测量微结构的三维振动,其两条离轴光路用于接收包含面内振动信息的信号光,系统的机械形变会直接影响光纤的耦合效率,从而影响系统的测振精度。结合衍射传播理论和光纤耦合原理,建立了离轴光路的信号光传输耦合模型,针对信号光平面与光纤平面存在倾角的问题,利用频域坐标旋转变换法将倾斜的物面信号光场投影到平行的参考平面上,再基于菲涅耳衍射传播计算得到光纤平面的光场分布,进而结合光纤的模场分布可计算得到光纤耦合效率。研究了耦合透镜、光纤等元件的机械形变对光纤耦合效率的影响,阐明了光纤耦合效率和各个机械变形量的关系,为三维激光多普勒显微测振系统的设计和装调工作提供了理论指导。     

基于载波抑制单边带调制的微波光子本振倍频上转换方法

提出了一种基于载波抑制单边带调制的微波光子本振倍频上转换方法.通过将本振信号加载在马赫-曾德尔调制器上产生±1阶本振边带,利用光纤光栅进行边带分离,将–1阶本振边带作为载波输入双平行马赫-曾德尔调制器进行二次调制.中频信号通过90°电桥加载在双平行马赫-曾德尔调制器上,并使其工作在载波抑制单边带调制状态.最后将输出的中频单边带调制信号与光纤光栅反射的+1阶本振单边带信号进行合路拍频,即可获得频率为2w_(LO)+w_(IF)的上变频信号.为了验证该方法的有效性,搭建了上变频链路并进行了性能测试,实验结果表明链路的输出光谱和频谱较为纯净,经过单边带调制后的光谱杂散抑制比达到了22.5 dB,产生的本振倍频上转换信号的杂散抑制比达到了23.6 dB,系统的无杂散动态范围达到了96.1 dB·Hz~(2/3).该本振倍频上转换方法可有效降低对本振信号的频率需求,并且产生的上转换信号纯净度较高,为光载无线通信、光控相控阵雷达等系统中的高频发射提供了有效途径.     

连续太赫兹波双物距叠层定量相衬成像

针对连续太赫兹波叠层成像重建算法收敛较为迟滞的问题,提出一种连续太赫兹波双物距叠层成像方法及相关重建算法,使用不同记录距离形成的差异化衍射图幅值作为重建算法记录平面的约束条件,增加了记录平面数据多样性和衍射信息冗余度.仿真结果表明,本方法可以加快算法收敛速率,有效减少迭代次数,提高连续太赫兹波定量相衬成像计算效率.随后构建了基于2.52 THz光泵连续太赫兹激光器的双物距叠层成像实验装置,应用双物距记录方法及改进算法重建获得了聚丙烯基字母图案样品的幅值和相位分布,结果表明改进方法可以减少算法迭代次数,提升计算效率,同时改善相位像重建结果保真度.     

光学实验教学中引入数字全息实验的探讨

数字全息技术是一项新型的成像及测量技术,它融合了计算机技术、数字图像处理技术和传统光学全息的特点,具有非常广阔的应用前景,是科学前沿中较为活跃的研究领域.将数字全息实验引入到光学实验教学中,可以使学生掌握CCD图像采集设备及其他光电子器件的使用方法,提高综合实践能力,更能形象地理解光波场传播规律.并且通过将较为抽象的菲涅耳衍射理论、全息图原理、抽样定理及离散傅里叶变换等应用到实验之中,能够进一步激发学生的学习兴趣,加深对理论知识的掌握.     

无透镜傅里叶变换数字全息术中非共面误差的自动补偿算法

无透镜傅里叶变换数字全息术对活细胞进行显微相衬成像测量时,由于细胞处于运动状态导致记录物体与参考点源难以共面,从而引入成像误差.本文提出了一种有效可靠的基于位相分布的自动对焦再现算法,只需通过一幅全息图,即可确定出记录距离的优化数值解,并结合一次位相线性拟合,成功补偿掉非共面误差.将这种算法应用到活体宫颈癌细胞的相衬成像实验中获得了较为理想的实验结果,表明了这种自动补偿非共面误差算法的可行性. 关键词： 数字全息 无透镜傅里叶变换全息 自动对焦 位相畸变校正     

基于双平行马赫-曾德尔调制器的大动态范围微波光子下变频方法

为了提高微波光子下变频链路的性能,提出了基于集成双平行马赫-曾德尔调制器的微波光子下变频方法.通过理论推导和数值仿真分析了系统的增益和无杂散动态范围,实验搭建了基于双平行马赫-曾德尔调制器的下变频链路,控制直流偏置电压使双平行马赫-曾德尔调制器工作在高载波抑制的双边带调制模式,并对链路进行了性能测试.实验结果表明:该下变频链路的增益为7.43 d B,无杂散动态范围达到了110.85 d B/Hz2/3,工作频段可覆盖5—18 GHz的宽频范围.基于双平行马赫-曾德尔调制器的下变频方法可优化设计输出频谱,系统结构简单、易于实现,为微波光子下变频链路提供了有效的解决方案.