多径向节次拉盖尔—高斯光束旋转多普勒效应分析

针对不同径向节次拉盖尔-高斯（LG）光束,首先阐述了其物理意义及强度分布规律,分析了高径向节次LG光束在横向偏移入射条件下的旋转多普勒效应（RDE）。其次,根据散射体模型,设计变量控制实验探究了不同径向节次LG光束对横移条件下RDE的影响,实验结果表明：不同径向节次LG光束虽然能够增强横向位移条件下旋转多普勒信号的光强及幅值,有助于转速信息提取,但二者并非线性关系;随着径向节次的增大,频域信号幅值呈现先增大后减小的规律,存在最佳径向节次值,使得信号幅值最大;LG光束的径向节次并不影响转速测量精度。最后,从理论上分析了LG光束的径向节次影响旋转多普勒信号强度的原因。本研究在拓展涡旋光测速应用范围,增加目标转速探测距离及提高准确度方面具有较大的应用潜力。     

基于双重傅里叶级数的混沌SPWM频谱量化分析

混沌SPWM控制因其可以有效地降低变换器的电磁干扰而得到越来越多的关注,目前对于电磁干扰效果的分析主要以仿真和实验为主,缺乏一种量化的分析方法.本文利用双重傅里叶级数的方法,首先给出了多周期及准随机SPWM的频谱量化表达式,并且针对多周期SPWM进行了频谱计算与仿真的对比验证,然后本文将此计算方法拓展应用到混沌SPWM中,并分析了混沌频谱计算的可行性.为了验证不同映射及不同载波周期波动范围对频谱的影响,文中选择了常用的Tent和Chebyshev映射分别进行了对比实验,实验结果表明,载波周期波动范围对扩频效果具有较大的影响,而且从长期看,混沌序列的分布概率密度会影响扩频的效果,从短期来看,序列的初始值选取也会对扩频效果有较大影响.本文的频谱分析方法对混沌SPWM抑制电磁干扰原理提供了一定的理论基础,而且可以为其工程实践提供设计参考.     

基于傅里叶分析的超表面多维光场调控

作为一种新型的二维人工微结构,超表面在亚波长尺度上对光场的调控具有灵活性与多元性,这使得多维度、全方位的光场调控成为可能,近年来引起了广泛关注。基于傅里叶理论对胞间弱耦合超表面的设计进行理论分析,并提出收敛性条件,以弥补超表面非连续相位设计中亚波长条件不充分的不足;进一步将超表面相位调控与光场中的偏振、振幅、频率等物理性质相结合,综述了超表面在多维光场调控中的发展与应用。超表面多维光场调控不仅增大了光场调控的自由度,还推动了集成化光学设备的发展。     

傅里叶变换条纹位相分析技术中移频消去载频法对位相分析的影响

在理论上分析了傅里叶变换位相分析技术中的移频消去载频法,由于采样的离散化,不同的条纹周期对位相分析将产生不同的影响。利用计算机仿真,模拟了不同周期的条纹图以及形变条纹图,根据傅里叶变换频移法,获得了不同周期条纹图的位相分布及误差,同时与"减基准条纹法"获得的位相分布及误差进行比较,验证了不同条纹周期对位相分析产生的影响。以花瓶为目标物体,在实验中进一步验证了采样的离散化对位相分析带来的误差和影响。并且讨论了两种减弱这种误差的方法。     

基于迈克尔逊干涉的傅里叶变换散斑形貌测量技术

提出了电子散斑干涉载频调制测量物体形貌的方法。采用典型的迈克尔逊干涉光路,将物体偏转一微小角度（等效为物面与参考面间形成空气楔）产生等厚干涉,可在物体的表面引入包含物体高度信息的载波干涉条纹。用CCD采集该载波条纹图,利用傅里叶变换法可解调出物体高度的位相信息,从而实现物体的形貌测量。介绍了电子散斑干涉载频调制测量物体形貌的原理,并进行了实物测量,给出了实验结果。由于该方法采用散斑干涉方法测量物体形貌,所以具有灵敏度高的优点。     

光学傅里叶分析的测厚应用

通过对频率域的傅里叶分析,导出衍射场变换域的经验公式,应用激光检测精细物体的线度。     

基于非线性级联傅里叶变换的光学Hash函数构造

提出一种基于非线性级联傅里叶变换的光学Hash函数的构造方法.此方法分为两轮单向加密过程,在第一轮中,先将待处理的数字信息以512bit作为数据块编码,将整个数字信息整分成若干个"8×8的256阶灰度图像"(信息平面),然后在光电混合系统中对上述信息平面组做非线性级联傅里叶变换得到一个数值矩阵,对其进行扩展后得到4个信息平面,再对它们做非线性级联傅里叶变换得到64bit的Hash值(hash1);在第二轮中,先将原始信息平面中的每个数值循环左移4位,构造出相应的辅助信息平面组,然后对其做与第一轮相同的单向加密操作,得到hash2,将其与之前生成的hash1组合起来构成最终128bit的Hash值(hash).同时,本文提出采用雪崩效应系数(AEC)作为评价光学Hash函数性能的参数,理论分析和仿真实验均表明,该方法构造的光学Hash函数具有很好的抗碰撞性和良好的雪崩效应.     

基于数字示波器的傅里叶分析实验的开发

利用数字示波器和自制的试验箱完成傅里叶级数的叠加和展开以及傅里叶变换的实验方案,帮助学生理解傅里叶分析的实质。把抽象理论通过实验体现出来,具有良好的教学效果。     

超声波流速测量的多普勒频移提取方法研究

为了提高超声波多普勒法测量复杂流体流量的精度,针对流体的超声回波频率的复杂性,本文研究多普勒流速测量中的频偏提取方法。以傅里叶分析为理论基础,设计了硬件电路并获得代表回波平均频率的信号,然后以该信号作为输入,以数字鉴频法获得回波多普勒频移。基于该方法设计了一种超声多普勒流量测量系统,实验结果显示:油水混合流体流量的测量误差在3%以内,从而证实了此频偏提取方法的有效性。     

傅里叶望远镜中激光频移误差对成像质量影响的分析

傅里叶望远镜成像技术,综合了激光主动成像技术、光学合成孔径技术和相位闭合技术是一种新的高分辨率成像探测技术。激光频移的效果是影响傅里叶望远镜成像质量的重要因素,特别是使用大功率、宽光束和宽调制带宽激光的系统。构建了不同的误差模型,推导了频移误差在系统中的传递函数,利用仿真实验分析其对系统成像的影响,得到了对应的误差影响分析。结果表明,频移精度和稳定度严重影响到系统的成像效果,部分情况下含有误差的反演图像与理论反演图像的施特雷尔值已降到0.2,因此合理的设计和选择声光频移器是改善系统成像的一个关键因素。     

基于傅里叶变换的细胞牵引力测量研究

为了更快、更直观地进行细胞牵引力的测量,提出了一种基于傅里叶变换的细胞牵引力测量方法.首先,对微柱阵列的像进行二维快速傅里叶变换得到其空间频谱;其次,选取一级衍射斑点中的一个斑点做快速傅里叶逆变换,得到微柱阵列的幅值分布图;最后,由幅值突变的分布情况及突变的剧烈程度得到微柱阵列偏移量的分布情况,再乘微柱刚度即可得到细胞...     

基于三维傅里叶频谱的计算全息图

提出了一种新的三维物体计算全息图的合成方法.在三维傅里叶旋转抛物面获取频谱理论的基础上,利用圆形扫描获得少量投影,采用多个半圆提取方式获取三维物体的频谱信息并采用共轭对称延拓计算全息编码得到计算全息图.传统方法中,在每幅投影上仅提取一个圆形的频谱信息.在同等投影数量的情况下,通过半圆方式在每幅投影上提取多于一个圆形信息的方法获得频谱信息,提高了每幅投影的信息利用率和全息图再现图像的质量.数字再现的实验证明了该方法的有效性及优越性.     

基于三维傅里叶频谱的计算全息图

提出了一种新的三维物体计算全息图的合成方法.在三维傅里叶旋转抛物面获取频谱理论的基础上,利用圆形扫描获得少量投影,采用多个半圆提取方式获取三维物体的频谱信息并采用共轭对称延拓计算全息编码得到计算全息图.传统方法中,在每幅投影上仅提取一个圆形的频谱信息.在同等投影数量的情况下,通过半圆方式在每幅投影上提取多于一个圆形信息的方法获得频谱信息,提高了每幅投影的信息利用率和全息图再现图像的质量.数字再现的实验证明了该方法的有效性及优越性.     

湍流吸收海水中多相移键控调制理想涡旋光子的传输特性

通过建立理想光学涡旋光子所携带轨道角动量模的平均误码概率和信息容量的光传输系统模型,研究了弱湍流光谱吸收海水中多相移键控调制下理想光学涡旋光子的传输特性。基于光传输系统中轨道角动量模的平均误码概率和信息容量模型的数值计算,分析了调制阶和信道参数对理想光学涡旋光子传输的影响。数值研究表明：随着水体虚折射率的增加,光传输系统的平均误码概率和链路信息容量减小。采用更大的环半径和更高的发射功率,可以实现以理想光学涡旋光子为信号载体的水下光传输系统的高信息容量和低平均误码概率的信息传输。最后,通过对该模型的数值分析,得出了平均误码概率和信息容量同时受信号波长和海水吸收系数影响的结论。     

利用强度调制消除零频的傅里叶变换轮廓测量

采用双色正弦条纹投影的傅里叶变换轮廓术中零频分量的扩展对有用基频分量有影响,为此提出一种新型的基于强度调制的零频消除方法提高测量准确度和范围.通过采集一帧变形彩色条纹图并分离颜色通道获得两幅相位差为π的条纹图,对变形条纹做强度调制校正,进而消除零频分量,实现高度解析.理论模拟和实验测试均验证了此方法的有效性.相比传统的...     

利用强度调制消除零频的傅里叶变换轮廓测量

采用双色正弦条纹投影的傅里叶变换轮廓术中零频分量的扩展对有用基频分量有影响,为此提出一种新型的基于强度调制的零频消除方法提高测量准确度和范围.通过采集一帧变形彩色条纹图并分离颜色通道获得两幅相位差为π的条纹图,对变形条纹做强度调制校正,进而消除零频分量,实现高度解析.理论模拟和实验测试均验证了此方法的有效性.相比传统的相移消除零频分量的方法,此方法具有显著的速度优势,适合于三维物体的实时测量.     

分数域滤波的分数傅里叶变换光学成像性能分析

将分数域滤波同光学成像相结合,提出了一种基于Lohmann Ⅰ型的带有滤波孔径的两级联分数傅里叶变换光学成像系统.根据分数傅里叶变换和菲涅耳衍射之间的关系以及分数傅里叶变换的分数阶可加性,结合分数域滤波分析了分数傅里叶变换光学成像的基本理论.以点扩散函数和调制传递函数作为评价成像质量的准则,详细分析了不同分数阶光学系统...     

声光移频器对微多普勒效应探测的影响研究

为实现基于微多普勒效应的远距离目标探测和识别,研究了采用声光移频器的激光外差相干探测结构对目标微多普勒特征探测的影响。建立了声光移频器驱动功率与系统信噪比之间的数学模型,并进行了仿真计算,搭建了1550 nm激光外差/零差相干探测实验平台对所建模型进行了验证。研究结果表明:在移频器驱动电压限定范围内,驱动电压越高,对微多普勒效应探测的效果越好,得到的目标特征越明显,与理论分析一致。通过对比实验发现在同样条件下,外差探测得到的反映目标特征的时频分布曲线较零差的清晰,特征提取误差小,可读性更高,说明外差探测结构更有利于复杂的远距离目标探测。