激光束散角复合控制技术

为了降低部分相干光光学系统设计的复杂度及成本,增加部分相干光应用的便捷性,提出了一种液晶空间光调制器的激光相干度及束散角复合控制方法。首先介绍了对激光光束进行相干度和束散角复合控制的基本理论和方法;然后分别设置了相干度和束散角检测实验,检测了本方法所调制激光光束的相干度和束散角的准确性。实验结果表明,采用液晶空间光调制器生成相干度为0.9 mm、束散角为7.5 mrad,以及相干度为1.5 mm、束散角为3.8 mrad的部分相干光束,其相干度与理论值相比误差在5%以内,其相干度均方根误差分别为0.027386和0.031314,峰谷值分别为0.084658和0.089103;其束散角与理论值相比误差在5%以内,其束散角均方根误差分别为0.022478和0.023186,峰谷值分别为0.081201和0.092130。可见,该方法可以实现高精度的相干度及束散角复合控制。     

基于大气湍流光闪烁的真随机数提取研究

针对真随机数生成问题，提出基于大气湍流光闪烁图像的真随机数提取方法。利用相机获取波长为532 nm的激光经过大气湍流传输后的光斑图像，根据其闪烁特性，分别采用固定间隔选取和多步长选取的方式选取光斑图像，固定间隔选择50帧，多步长选择30帧、70帧和100帧，得到的光斑图像相关性很弱，相关系数均小于0.3，由于湍流效应的影响，图像中的像素点发生无规则变化，通过对像素点作组合计算以提取随机序列；通过NIST(national institute of science and technology)随机性测试的方法，对提取的随机序列进行测试。实验结果表明:固定间隔选取的随机序列随机效果一般，测试结果存在P值小于0.01的情况，而多步长选取测试的P值均大于0.01，可以通过随机性测试。     

特效电影工程中混合分辨率阴影图设计与硬阴影反走样

在实时的虚拟场景渲染中,为减少阴影图算法由分辨率不足导致的阴影走样,提出了利用并行线性扫描的混合分辨率阴影图算法。首先,从光源视角生成高分辨率阴影图,利用并行线性扫描算法对深度均值差进行计算和分析,自底向上的合并纹素,建立纹素之间的索引关系并讨论混合分辨率阴影图的存储。在渲染阶段,利用混合分辨率阴影图进行深度测试,绘制实时的反走样阴影。实验表明,与标准阴影图相比,混合分辨率阴影图能提高20%以上的重要区域分辨率,明显改善阴影边界锯齿走样,使Dragon等模型的计算时间减少9%~18%。经实际应用验证,混合分辨率阴影图是一种有效的实时阴影绘制算法,可有效减少阴影图算法的走样。     

高斯涡旋光束在大气湍流传输中的特性研究

为了研究大气湍流对高斯涡旋光束传递信息的影响,理论分析了经过大气湍流的高斯涡旋光束轨道角动量(OAM)模式的径向平均功率和归一化平均功率分布、固有模式指数、初始光束半径和湍流强度;采用纯相位扰动逼近的有效性,数值模拟高斯涡旋光束在传输中的OAM模式径向平均功率分布的变化。建立传输模型并进行外场激光大气传输实验,对比分析了模拟和实测的OAM归一化平均功率分布,结果表明在弱湍流条件下,OAM模式的径向平均功率随着接收器孔径尺寸的增加而变化,逐渐趋于稳定值。对于一般常用的接收孔径,在强湍流或较小的初始光束半径条件下对OAM模式干扰十分严重。验证了用数值方法模拟OAM在湍流介质中的模式变化过程的可靠性。     

基于脉冲激光在大气中传输的信道补偿

为了研究矩形脉冲激光在大气中的传输特性,建立了脉冲信号在大气中传输的数学模型,并提出了一种信道补偿算法。在相距6.2km的两栋高楼之间开展了100 MHz的矩形脉冲传输实验,并在FPGA编译软件上对信道补偿算法进行了验证。结果表明:脉冲信号经过大气信道后发生了畸变,大气信道在频域上表现为一个低通系统,抑制了大于430 MHz的高频信号。运用信道补偿算法后,脉冲畸变得到有效抑制,系统带宽得到拓宽,信号的信噪比提高了5倍左右;当光信噪比为10dB时,误码率降低为10-6。     

采用图形处理器加速的部分相干光实时生成方法

介绍了采用液晶空间光调制器产生部分相干光的基本理论和方法;用分离变量的方式对算法进行了并行优化,对部分相干光生成线程进行了并行序列优化并测试了生成速度;设计了双孔干涉实验检测本方法所产生的部分相干光相干长度的准确性.实验结果表明:针对256×256像素的液晶空间光调制器,生成相干长度为0.15mm、0.9mm以及1.5mm的相位屏,图形处理器所用时间分别为0.9ms、1.75ms以及2.4ms,相比于采用中央处理器所用的计算时间16.5ms、37.8ms以及52.4ms,效率提升明显;考虑中央处理器读取、发送数据及液晶响应的时间,采用图形处理器并行加速的部分相干光实时生成方法的频率可达312Hz.实验生成相干长度为0.15mm和1.5mm的部分相干光束,光束相干度均方根误差分别为0.022 011和0.020 883,峰谷值分别为0.0743 25和0.072 998.     

大气信道对激光脉冲延迟时间影响的仿真研究

分析了大气散射和吸收特性,并进一步研究了大气散射所引起的激光脉冲延迟效应,定量分析了在不同能见度、不同脉冲传输距离、不同散射系数和单程散射反照率的条件下,大气信道所产生激光脉冲传输延迟时间,为探测误差的校正提供了理论依据.通过对仿真结果的分析可知,在衰减系数不变的条件下,大气信道的散射越严重,散射所造成的路径延迟就越大,激光脉冲传输延迟时间也就越长;而大气的吸收效应越明显,激光脉冲传输延迟时间越短.