高斯相关随机表面光散射散斑场相位奇异及其特性的理论研究

通过对二维高斯相关随机表面在远场平面上产生的散斑场及其相位的计算模拟, 发现在某一平面上除了实部零值线与虚部零值线有传统相交之外, 还有相切和重合的情况.切点和重合线也可以形成相位奇异, 并且其周围相位分布与传统的实部零值线与虚部零值线相交形成的奇点周围相位的螺旋变化不同, 呈现出对称性和不连续性的特征. 随着光波的传播, 在不同的观察面上散斑场复振幅的实部零值线和虚部零值线的相对位置经历了由相切到重合再到相交的演变过程, 相位奇异现象也随之发生变化. 关键词： 相位奇异 相位跃变 散斑场     

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.     

方形环孔和圆环孔形成的散斑场及相位奇异特性的理论分析和实验验证

通过对方形环孔和圆环孔形成的散斑场及其相位奇异性的研究,发现在某一平面上实部和虚部零值线的位置关系出现了复杂相切相交的情况,复杂相切相交点也形成相位奇异,并且其周围相位分布与传统的实部零值线与虚部零值线相交形成的奇异点周围相位的螺旋变化不同,呈现出对称性和不连续性的特征.方形环孔和圆环孔形成的散斑场的散斑颗粒分布与传统方孔不同,受散射孔径的调制分别排成水平或竖直的条纹状轮廓和类似于圆形的轮廓,在散斑场的局部光强图中出现了很多类似于圆形的黑暗区域,称其为"光强暗核",其中心对应着一个相位分布较均匀的涡旋.     

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     

时间序列散斑干涉场中相位函数的计算

散斑干涉或电子散斑干涉计量应用于连续运动或变形物体时,就会产生一个时变的散斑干涉场,通过摄像系统连续地采集这一时变散斑场,可获得一系列时间序列散斑干涉图,通过对序列散斑图上各点在时间轴上光强值的变化进行分析,提出了一种基于时间序列的分析方法,用以提取干涉场的相位值,进而获得物体全场变形信息。     

纳米磁流体动态散斑干涉场的奇异场分布

通过对由纳米磁流体运动引起的双扫描激光散斑干涉光场及其变化做拉盖尔-高斯滤波下的傅里叶变换,获得动态散斑干涉图对应的光学涡旋分布及变化特征。分析认为,光学涡旋分布及变化对应着由纳米磁微粒及其团族的运动所引起的动态散斑变化。当纳米磁微粒聚集到分散的过程中,动态激光散斑光场的奇异场分布发生相应变化,说明了磁流体运动过程对应涡旋密度有先大后小,再由小变大的两个变化;并且光学涡旋密度高,对应较小颗粒的散斑场,磁流体处于稳态的状况;光学涡旋密度低,对应较大颗粒的散斑场,对应着磁流体激烈的运动。研究结果体现了奇异场分布变化和纳米磁流体动后趋稳的过程存在对应关系。     

相位互异散斑校正技术研究

相位互异散斑（PDS）是一种新颖的成像技术，可用来克服由于未知相差（如大气扰动）带来的图像退化。利用泽尼克多项式拟合未知扰动造成的相位失真，并用一对图像求得波前相位。从分析相位互异散斑技术的机理出发，使用遗传算法作为迭代算法，基于仿真实验数据验证了该技术的可行性，并在仿真实验中分析影响该技术性能的一些因素，如泽尼克多项式模式和湍流大小的影响等。这些研究结果为探索模糊图像恢复提供了新的途径。     

基于统计滤波的单幅散斑条纹图的相位恢复技术

基于统计信号处理技术的贝叶斯（Bayes）估计原理，提出一种新的滤波方法。该方法能有效减少散斑条纹图中的噪声，而且仅用一幅散区斑条纹图就能获得准确的条纹相位分布，通过实例说明了该方法的处理过程。     

串级散斑场动态特性的研究

本文用统计光学方法推导了由两个漫射体形成的串级散斑场的统计性质。得出了漫射体的运动速度v与相关时间ι_c成线性的关系,讨论了经过三次随机调制的串级散斑场的斑纹平均半径较之一次调制斑纹半径为小。理论与实验结果符合得很好。     

数字散斑干涉形变测量中基于多CCD的相位拼接

在数字散斑干涉测量中,对于给定尺寸的CCD,很难在不影响形变测量横向分辨率的情况下扩大视野.针对该问题,提出了一种在不影响横向分辨率的情况下拼接多个子图像相位以扩大视野的方法.设计并搭建了一套多CCD实验装置来获取多个子图像.利用重叠区域解包裹后的相位图估计相邻子图像之间的相对位置并补偿相位偏差,实现正确的相位拼接.为...     

Experimental study of regional fractal speckle produced in large angle scattering

Using the interference of speckle and the spherical reference wave,we extract the real and the imaginary parts of the complex amplitudes of the speckle in large angle scattering.By calculating the spatial correlation functions of intensity,we find that the speckle has a property of regional fractality,i.e.the fractal exponent equals 1 in a small spatial region and it becomes less than 1 in a bigger region.The empirical analytic expression of the intensity correlation function is gained.The probability density distributions of the intensities and the complex amplitudes show that the regional fractal speckle still obeys zero-mean circular complex Gaussian statistics.     

Shearograms of an optical phase singularity

Shearograms are known to represent phase gradients but when vortices are present in the optical field, these do not represent true phase gradients. Phase gradients of an optical phase singularity are presented. A lateral shear interferometer is used for obtaining shearograms of optical fields with vortices. A diffractive phase element is used to generate vortices. It is shown that shearograms can be used in the detection of optical vortices. Shearogram of speckle field is also presented.     

A study on spatially extended phase objects using speckle photography

We present an application of an improved speckle photography technique for spatially extended phase objects. A contour mapping of a thin lens displaying its phase variation is presented. A theoretical analysis is investigated followed by the experimental presentation. Reasonable interference fringes are obtained and compared with the fringes obtained for hot air. The phase information of the object is extracted using the point-by-point technique.     

高斯型弱散射屏产生的像面散斑场的分布特性研究

弱散射屏产生的远场散斑由一个中央亮斑和一个分布于亮斑周围而与正态散斑类似的散斑结构, 根据弱散射屏远场的散斑图样, 人们假设弱散射屏产生的像面散斑为均匀背景与正态散斑两者相干叠加的结果, 但这种假设与实际像面散斑存在歧异, 基于上述情况, 本文利用4f高通滤波光学成像系统, 研究了高斯型弱散射屏产生的像面散斑场的统计特性, 得出只有表面均方根粗糙度与入射光波的波长相差不多时上述假设才是可行的结论. 关键词： 弱散射屏 f光学成像系统')" href="#">4f光学成像系统 像面散斑     

Real time high accuracy phase contrast imaging with parallel acquisition speckle tracking

X-ray speckle tracking based methods can provide results with best reported angular accuracy up to 2 nrad. However,duo to the multi-frame requirement for phase retrieval and the possible instability of the x-ray beam, mechanical and background vibration, the actual accuracy will inevitably be degraded by these time-dependent fluctuations. Therefore,not only spatial position, but also temporal features of the speckle patterns need to be considered in order to maintain the superiority of the speckle-based methods. In this paper, we propose a parallel acquisition method with advantages of real time and high accuracy, which has potential applicability to dynamic samples imaging as well as on-line beam monitoring.Through simulations, we demonstrate that the proposed method can reduce the phase error caused by the fluctuations to1% at most compared with current speckle tracking methods. Meanwhile, it can keep the accuracy deterioration within0.03 nrad, making the high theoretical accuracy a reality. Also, we find that waveforms of the incident beam have a little impact on the phase retrieved and will not influence the actual accuracy, which relaxes the requirements for speckle-based experiments.     

超声散斑相关法测量转角的相关性研究

对于在用超声散斑相关法测量时,转角对不同强度散斑的影响及散斑场相关性和转角之间的关系做了研究。为了分析界面位移前后,不同照射区域对散斑振幅是如何影响的,文中把超声照射区域化为M个反射基元,利用大量反射基元的统计规律,推导出了散斑形貌误差和统计误差对散斑场的影响关系,这个关系就是散斑的振幅越大,受转角大小的影响就越小;转角越大统计误差对散斑强度的影响就越大。为了验证这个结论作者建立了实验系统,实验结果显示理论分析是正确的。