大散射角散斑场中有关相位奇异新特性的研究

利用散斑场和参考光的干涉提取散斑场复振幅和相位, 研究了不同散射角下散斑场相位的分布规律以及相位奇异处光波复振幅实部零值线和虚部零值线夹角、光强等值线离心率的统计特性. 在大散射角散斑中发现了一种新的相位奇异现象, 即相位奇异线; 研究了相位在跨越奇异线时的突变规律及涡旋状相位的分布特征, 发现在相位奇异线处存在着呈双曲线或抛物线状的光强等值线.     

散斑场相位涡旋及其传播特性的实验研究

用CCD记录散斑场和参考光的干涉图样, 利用傅里叶变换法实现了散斑场复振幅以及相位分布的实验提取, 在复振幅实部零值线和虚部零值线切点处出现一种新的相位奇点, 与两条零值线交点处的传统相位奇点周围单调螺旋变化的相位分布不同, 绕切点一周的相位具有先增大后减小几乎呈对称性分布的特性, 为了解释这种新的相位奇点,提出了准孪生相位涡旋的概念. 在理论研究散斑场强度的纵向自相关函数的基础上, 实验观察散斑场相位涡旋的传播, 发现在光强纵向相关长度范围内的不同传播距离处的观察面上, 复振幅实部和虚部随机变化而涡旋的 关键词： 相位涡旋 散斑 干涉     

全息干涉计量中干涉计量场的统计特性

本文运用统计学方法推导了全息干涉计量中散斑计量场的统计特性.证明了:干涉计量场的复振幅为复圆高斯随机变量;干扰计量场强度的概率密度服从负指数分布;散斑干涉计量场的系综平均值代表变形信息.     

一类弱散射界面背向散射超声散斑一阶统计特性

对超声入射至分布有细小凹坑的界平面，这一类弱散射界面背向散射所形成的超声散斑的一阶统计特性进行了研究.在假设条件下，理论分析的结果表明，空间超声散斑的振幅服从Rice分布，而它们的相位概率密度函数是一个包含Gauss分布函数和Gauss概率积分函数的复合函数.当细孔密度非常大时，超声散斑的振幅就趋于Rayleigh分布.应用作者建立的由计算机控制扫描的实验系统，对这一类弱散射界面反射超声散斑的振幅分布进行了测量.实验结果表明，理论分析的结果是正确的，由此，所作的假设条件也是成立的. 关键词： 弱散射 超声散斑 统计特性     

强散射体产生的像面散斑对比度与随机表面及成像系统关系的研究

在对4f光学成像系统中强散射体形成的像面散斑的统计特性的研究中, 首先通过散斑场光波复振幅的一般形式和双重指数函数近似求出散斑光强的系综平均, 然后利用散斑场光波复振幅的实部和虚部的旋转变换法求出散斑光强的方差, 最后得出了散斑对比度与随机表面统计参量和系统参量的直接表达式. 本结果与现有文献中包含随机表面相关面积或散射粒子数目的隐含表达式相比具有明显的改进, 并对标定随机表面的散斑对比度法具有重要意义. 关键词： 随机表面 像面散斑 对比度     

基于电子散斑干涉与数字剪切散斑干涉法的悬臂薄板振动分析

基于激光光路的光波随机相位扰动,分析了电子散斑干涉实时图像相减时模态条纹图的形成机理,提出了一种振幅涨落测量法。搭建了用于离面振动分析的电子散斑干涉和数字剪切散斑干涉测量系统,并对完整和含狭缝的悬臂铝板的振动特性进行了实验研究。实验结果表明,实时图像相减模式获得的模态条纹图对比度明显优于其他方法,得到的前10阶模态条纹图与有限元法计算结果具有良好的一致性。相比于电子散斑干涉法,数字剪切散斑干涉法对试样局部的刚度变化和缺陷更敏感。     

时间序列散斑干涉技术研究及应用

当用相干激光照射在一个连续位移或变形的漫射物体表面时,在与参考光形成干涉的接收面上即产生一随时间变化的散斑干涉场通过对这一干涉场的时间域进行分析,可实现时变位移场的定量检测本文介绍了基本时间序列散斑干涉场的扫描相位方法和时间序列相位法的相位函数解调原理,探讨了它们的计量特性,并将其用于火箭固体燃料性能的检测.     

用零相关相位板匀滑散斑的理论研究

对零相关相位板匀滑散斑的特性进行了理论分析和散值计算,结果表明尽管零相关相位板是针对入射场为平面波面而设计的,但在入射场的振幅和相位有一定起伏的情况下,其远场光斑的散斑对比度明显低于采用随机相位板的情形.因而用零盯关相位板匀滑散斑是一种更为有效的方法.     

水下高斯界面背向散射超声散斑场的相位奇异

为了精确描述超声散斑场的特性,提出了采用计算机模拟产生超声散斑场的方法.利用模拟产生的高斯相关随机表面,获得了这类表面远场超声散斑场,同时得到了声强分布和相位分布.与实验产生的散斑场进行对比,建立了超声散斑场接收的实验系统,取与计算模拟相同的参数,获得了实验散斑场.通过对比发现:计算机模拟产生的超声散斑场相位存在奇异点,奇异点周围相位分布类似漩涡,计算机模拟产生的散斑场与实验得到的散斑场强度分布相似,强度值比实验产生的散斑场强度大,携带有用信息的高亮散斑较多,暗点较少,更利于研究和分析.     

大气湍流中散斑场的非约束相位分布

根据粗糙界面和大气湍流对传输激光束影响的相互统计独立性,给出了通过洁净大气湍流传输的椭圆高斯分布散斑场的非限制相位概率密度函数。     

Statistics of Gaussian Speckles with Enhanced Fluctuations

Some first-order statistics of speckle fields obeying the complex Gaussian probability density are investigated with the special emphasis on a possibility for the speckle contrast to exceed unity. It is shown that such enhanced fluctuations of speckle fields are generated when the probability density of the complex amplitude is non-circular with the vanishing mean. This means that Gaussian speckles having the contrast of unity are not necessarily fully developed speckles. Some practical situations producing such enhanced fluctuations in speckle fields are discussed.     

粗糙表面对散斑统计特性的影响

为研究高速摄影中激光相干噪声的影响因素,降低激光照明中散斑噪声对高速摄影成像质量的影响,对激光照射表面的粗糙程度与形成的散斑场统计特性之间的关系进行了研究。基于菲涅尔-基尔霍夫衍射原理,分析了高斯光束入射在随机粗糙表面上经反射形成的散斑图样,通过对大量散斑图样的数据统计,得出了激光散斑的信噪比、自相关函数、概率密度函数与入射表面粗糙度之间的变化关系。计算结果表明:粗糙度的增大使散斑场信噪比降低、相干程度减小、概率密度降低,即表面越粗糙散斑噪声越严重。     

A new technique for fluid velocimetry based on near field scattering

We show that the time evolution of near-field scattering speckles, originated by a fluid suspension of particles, provides information about the velocity field in the fluid. This information can be extracted from a statistical analysis of speckle fields taken at different times, either by measuring their cross-correlation function or by recovering the power spectrum corresponding to the difference between the two speckle fields. Experimental data are in accordance to the expected behaviors. The results are independent of the scatterer's size, allowing one to exploit the technique also with sub-wavelength tracking particles.     

Dynamic laser speckles and their application to velocity measurements of the diffuse object

In connection with the parameters of the optical configuration used to produce speckles and under illumination of a Gaussian beam over a moving diffuse object, this paper discusses the statistical properties of dynamic speckles produced in the diffraction and image fields by the diffuse object moving in a plane with constant velocity. Especially, the space-time correlation function of the dynamic speckle intensity is examined in detail. Two typical speckle motions of translation and boiling are interpreted for various optical configurations in the diffraction and image fields. As one of the interesting applications of dynamic speckles to metrology, various methods for velocity measurements of the diffuse object are introduced.     

The optical near-field speckles and their first order statistics on the basis of the integral equations of electromagnetic field

Speckle fields are the random light wave distributions produced when the light fields are scattered from random surfaces or a random medium. They appear in many optical phenomena that are related to light propagations[1,2] and have found wide appli-cations in a variety of scientific and technical fields. The examples of the recent impor-tant applications of speckles include the analysis of the movement of the granules[3], the three-dimensional imaging for the microstructures of metal nanocryst…     

Weibull分布随机波的瞬态极化统计分析——相同形状参数情形

Weibull分布的雷达极化回波特征由三个分布参数来描述：波的强度、极化椭圆率角以及椭圆倾角.在瞬态极化理论的基础上,推导了三个分布参数的联合概率密度函数,标准Stokes矢量统计分布的联合概率密度函数及其边缘概率密度函数,并通过蒙塔卡罗方法进行了计算机仿真,结果验证了理论推导的正确性.Weibull分布随机极化电磁波瞬态极化统计特性的研究对高分辨条件下雷达目标的检测、识别和跟踪领域都有一定的理论指导意义. 关键词： Weibull分布 极化椭圆参数 标准Stokes矢量 统计     

菲涅耳深区散斑强度统计特性及演化

利用直透光波和高斯散斑场的叠加理论和基尔霍夫近似研究了菲涅耳深区散斑的构成,给出了菲涅耳深区散斑场及其强度概率密度和对比度的表达式.利用原子力显微镜测量的随机散射表面高度分布数据模拟菲涅耳深区不同散射距离处散斑,并计算绘出其强度概率密度和对比度曲线.理论与模拟相结合研究这两个统计函数的特征和直透光强所占比例的影响,以及它们随散射距离的演化规律.     

Extremal Properties for Weakly Correlated Random Variables Arising in Speckle Patterns

Extremal properties of the statistics of speckle pattern are studied in the context of so-called “optically smoothed” light beams of laser-matter interaction. It is shown that the asymptotic statistics of the highest intensity in a speckle pattern, which can be associated with the most intense speckles, follows a Gumbel law, which is in agreement with numerical simulations. It is found that the probability density function of the most intense speckle peaks around the value corresponding to the logarithm of the number of speckles in the considered volume times the average intensity value of the speckle pattern. This result is of great interest for nonlinear processes, like instabilities, where extreme speckles play an important role.