从一幅载频全息图中实现相位重构的新算法

为了实现对单幅载频下涉图进行相位重构.提出了一种避免相位"解包裹"的简易算法.该算法从载频干涉图中解出所求相位的两个偏导数,然后对两个偏导数积分从而得到所求的相位.利用该算法分别对计算机模拟的干涉图和实验所得干涉图进行相位重构,重构结果均表明该算法能够很好地从载频干涉图样中实现相化重构.并且由于避免了相位"解包裹"的过程,从而简化了相位重构的流程,同时也避免了由相位解包带来的错误或误差.此外,该方法在重构相位时,对干涉图中强度分布的不均匀性不敏感.     

剪切干涉测量电缆枪等离子体电子密度

用剪切干涉仪测量了电缆枪产生的等离子体电子密度分布.在实验中获得了激光波前通过等离子体后的干涉图样,测出等离子体沿轴向的平均运动速度约为2 cm/μs.对干涉图进行了二维波前重建,计算了电子线积分密度,给出了直观的等离子体分布图像,并计算了自由电子总数.根据等离子体的圆柱对称关系,利用Abel积分变换算出了局部电子密度沿径向的分布曲线.     

激光诱导环氧玻璃钢等离子体电子密度测量（英文）

利用马赫曾德尔干涉测量系统采集到等离子体的激光干涉图像。为了提高数据处理的精度,应用了改进的数字式二次曝光傅里叶法从干涉图中获取了初始的缠绕相位,并采用改进的基于掩膜与枝切法的相位解缠算法对缠绕相位进行相位解缠。在对解缠相位做Abel逆变换后,得到了不同延时时刻下激光诱导环氧玻璃钢等离子体电子密度的空间分布。结果显示:测量得到的电子密度主要为1018 cm~(-3)数量级。实验表明,在记录的时间范围内激光等离子体的电子总数变化不大,且电子密度的变化与等离子体体积的变化大致成反比。     

激光诱导环氧玻璃钢等离子体电子密度测量（英文）北大核心CSCD

利用马赫曾德尔干涉测量系统采集到等离子体的激光干涉图像。为了提高数据处理的精度,应用了改进的数字式二次曝光傅里叶法从干涉图中获取了初始的缠绕相位,并采用改进的基于掩膜与枝切法的相位解缠算法对缠绕相位进行相位解缠。在对解缠相位做Abel逆变换后,得到了不同延时时刻下激光诱导环氧玻璃钢等离子体电子密度的空间分布。结果显示:测量得到的电子密度主要为1018 cm~(-3)数量级。实验表明,在记录的时间范围内激光等离子体的电子总数变化不大,且电子密度的变化与等离子体体积的变化大致成反比。     

二次曝光全息术对微波等离子体推进器羽流的诊断及计算机模拟

二次曝光全息术是诊断等离子体电子数密度的一个有效测量方法,具有非接触式测量及不受等离子体发光干扰等优点.根据阿贝尔变换公式,通过计算机应用matlab程序数值模拟了各种不同电子数密度状态下的等离子体干涉图.同时拍摄了航天器中微波等离子体推进器羽流的二次曝光全息图,再现了不同状态下的干涉图样.通过分析和对比两次干涉图,得出了羽流的电子数密度.     

可用于单幅闭合干涉图相位恢复的正则化相位跟随技术

在利用干涉技术检测温度、压力、形貌等物理量时,往往需要通过各种调制手段将这些物理量的信息加载到干涉条纹图样中,并通过对其进行分析而得到被测信息。当实验条件不利于实验者实施移相、加载波等调制手段时,探测器得到的往往是单幅闭合条纹,此时常用的移相解调技术和频谱分析方法等不再适用。正则化相位跟随(Regularized Phase Tracking,RPT)技术可以对单幅闭合条纹进行相位恢复,是目前针对单幅闭合条纹相位恢复最有效的方法。近年来研究者们从复杂干涉图处理能力、算法稳定性、相位恢复精度等方面对RPT技术进行了改进和发展,使其逐渐走向实用化。本文介绍了RPT技术用于单幅干涉图相位恢复的基本原理,总结了近年来RPT技术的相关改进与发展,例举了采用RPT技术进行相位恢复的应用场合,并适当推测RPT技术的未来发展方向。     

一种基于光学干涉原理的图像分割方法

 介绍了基于光学干涉原理的图像分割理论算法。在计算机上模拟一个均匀相干光源、一个滤波器和一个接收屏。选择强度 相位的转换曲线，将输入图像的强度信息转化成伪相位信息，并显示在滤波器上。利用光源照明滤波器上的相位图，在接收屏上得到其干涉条纹。再通过选择阈值对干涉图进行分割得到二值图，从而实现输入图像的边缘分割。计算结果表明，该方法得到的图像轮廓，与Sobel 算子效果相当。与实验结果对比分析可得，改善硬件并实现良好的分割效果的关键在于：控制光源的相干长度，或增大液晶的点阵间隔，并利用CCD相机和计算机相连，对干涉图进行二值化。     

数字全息干涉法用于变形测量

介绍了数字全息干涉法的原理,针对激光散斑噪声对包裹干涉相位图样的影响,将小波去噪分析用于图样预处理,可以提高解相精度.用该方法对四周固定、中心加载典型试件的位移进行了测试.实验结果表明,该方法简单、快速、可行.     

关于双棱镜装置所得到的图样

在不考虑衍射效应的理想情况下,双棱镜在远处屏上小范围视场内的干涉图样是一组平行、等间距、明暗相间的直条纹,光强分布与干涉级次无关.然而实际上双棱镜干涉实验所得到的图样如图1所示,是受到对称型直边衍射所调制的干涉图样. 为在一块双棱镜上得到具有对比性的两种图样,我们如图2所示,挡去双棱镜左侧棱镜的上方一小部分来进行实验.这样就得到如图3所示的图样.很显然,图3中上半部分是一直边衍射图样,而下半部则是受到对称型直边衍射调制的干涉图样.关于双棱镜装置所得到的图样@彭秀华$沙市江汉石油学院     

电子散斑相位主值图的等值线正余弦滤波方法

电子散斑干涉测量相位主值图含有大量的噪声,在对相位主值图进行解缠处理前,一般先要对其进行去噪处理。针对相位主值图的特点,提出一种利用条纹方向信息的等值线正余弦滤波方法。首先由相位主值图求取其方向图,进而得到条纹等值线窗口,最后对相位主值图在条纹等值线窗口内进行正余弦滤波。和已有的滤波方法相比,它具有优点:相位主值图中的跳变信息保持非常好;由于是在等相位线上进行滤波,对相位信息没有损伤;更好地消除相位主值图中的散斑噪声。模拟图实验和真实图实验均验证了该方法的有效性。     

Wavelet-transform analysis for carrier-envelope phase extraction of amplified ultrashort optical pulses

We introduced a wavelet-transform technique into the carrier-envelope phase extraction from the spectral interferogram of amplified ultrashort optical pulses. With this technique, carrier-envelope phases were directly extracted from the ridges of the wavelet transforms. This technique did not need filters; therefore, the uncertainty introduced from filter was avoided naturally. The Wavelet transforms technique produced a two-dimensional topography on which the time-frequency information of the spectral interferogram was shown apparently.     

自参考光谱相干法的小波变换相位重建

将小波变换法引入光谱相位相干电场重建法的相位重建，从光谱干涉条纹的小波变换中直接 读取条纹相位，消除了传统傅里叶方法滤波过程中产生的相位噪声. 这种方法将有利于超宽 带、单周期超短脉冲的产生，更适用于超短脉冲的评价. 关键词： 超短脉冲 相位重建 小波变换     

光学综合孔径成像中的傅里叶相位研究

傅里叶相位是光学综合孔径成像的重要信息,观测目标的傅里叶相位包含于干涉条纹中。从像平面干涉条纹形成原理出发,推导出大气扰动、星光方向与基线方向不垂直和望远镜系统机械误差等因素是影响干涉条纹初始相位的主要因素。利用条纹原点值和峰值位移从条纹中提取初始相位,采用闭合相位法从条纹初始相位中去除其它因素的影响,从而最终获取目标傅里叶相位：结合计算机模拟对噪声给条纹峰值位置的影响进行分析,模拟结果表明在频域中对条纹能量谱进行阈值处理有较好的去噪效果。最后结合目标重构迭代法阐述了闭合相位在像重构中的作用。     

一种基于傅里叶变换的分析载波条纹的新方法

针对传统傅里叶变换法处理光载波干涉条纹图时会有边缘效应产生的问题,提出了一种基于傅里叶变换法的外推延拓方法,并从理论上进行了数学推导。为了验证这种方法的正确性,分别对一维数字信号和二维空间载波条纹图进行了数值模拟,进一步分析了误差产生的原因,并与传统的傅里叶变换法对比。结果表明该法可以有效抑制传统傅里叶变换法处理光载波干涉条纹图时边缘效应所造成的较大误差,在基于空间域相位调制技术的波面干涉测量中,对空间载波条纹图进行处理,可以使相位的计算精度达到3.3 mrad。     

What spatial light modulators can do for optical microscopy

With the availability of high‐resolution miniature spatial light modulators (SLMs) new methods in optical microscopy have become feasible. The SLMs discussed in this review consist of miniature liquid crystal displays with micron‐sized pixels that can modulate the phase and/or amplitude of an optical wavefront. In microscopy they can be used to control and shape the sample illumination, or they can act as spatial Fourier filters in the imaging path. Some of these applications are reviewed in this article. One of them, called spiral phase contrast, generates isotropic edge enhancement of thin phase samples or spiral‐shaped interference fringes for thicker phase samples, which can be used to reconstruct the phase topography from a single on‐axis interferogram. If SLMs are used for both illumination control and spatial Fourier filtering, this combination for instance allows for the generalization of the Zernike phase contrast principle. The new SLM‐based approach improves the effective resolution and avoids some shortcomings and artifacts of the traditional method. The main advantage of SLMs in microscopy is their flexibility, as one can realize various operation modes in the same setup, without the need for changing any hardware components, simply by electronically switching the phase pattern displayed on the SLMs.     

基于单一分光棱镜干涉仪的双通路定量相位显微术

仅仅使用一个单独的分光棱镜(BS),实现了一种用于生物细胞三维成像的双通路定量相位显微术.不同于传统的使用方法,将BS倾斜放置,使中央半反射层与入射光光轴之间存在一个非常小的角度.这样基于BS的分光特性,经过BS后的透射光束和反射光束将会叠加在一起并形成干涉.调节样品位置,利用相机拍摄同时获得了存在π相移的双通路干涉图.这种离轴干涉模式,只需要记录单幅干涉图就可以获得真实的相位信息,方法结构简单,易于操作,适用于微小透明样品的三维形貌测量.     

Interferometric Phase-Measurement Using a One-Dimensional Discrete Hilbert Transform

A phase demodulation scheme using a discrete Hilbert transform that can change the interferometric phase by /2 has been investigated. In-quadrature components of a fringe pattern are obtained from one captured interferogram using a one-dimensional (1-D) discrete Hilbert transform and a 1-D discrete high-pass filtering that are based on a digital signal processing technique. The phase distribution in the range of 15 (rad) can be demodulated with the proposed method. The 1-D discrete Hilbert transform can be extended to two-dimensional calculation with a raster scanning procedure. © 2005 The Optical Society of Japan     

Broad-band phase retrieval method for transient radial shearing interference using chirp Z transform technique

The transient radial shearing interferometry technique based on fast Fourier transform (FFT) provides a means for the measurement of the wavefront phase of transient light field. However, which factors affect the spatial bandwidth of the wavefront phase measurement of this technology and how to achieve high-precision measurement of the broad-band transient wavefront phase are problems that need to be studied further. To this end, a theoretical model of phase-retrieved bandwidth of radial shearing interferometry is established in this paper. The influence of the spatial carrier frequency and the calculation window on phase-retrieved bandwidth is analyzed, and the optimal carrier frequency and calculation window are obtained. On this basis, a broad-band transient radial shearing interference phase-retrieval method based on chirp Z transform (CZT) is proposed, and the corresponding algorithm is given. Through theoretical simulation, a known phase is used to generate the interferogram and it is retrieved by the traditional method and the proposed method respectively. The residual wavefront RMS of the traditional method is 0.146λ, and it is 0.037λ for the proposed method, which manifests an improvement of accuracy by an order of magnitude. At the same time, different levels of signal-to-noise ratios (SNRs) from 50 dB to 10 dB of the interferogram are simulated, and the RMS of the residual wavefront is from 0.040λ to 0.066λ. In terms of experiments, an experimental verification device based on a phase-only spatial light modulator is built, and the known phase on the modulator is retrieved from the actual interferogram. The RMS of the residual wavefront retrieved through FFT is 0.112λ, and it decreases to 0.035λ through CZT. The experimental results verify the effectiveness of the method proposed in this paper. Furthermore, the method can be used in other types of spatial carrier frequency interference, such as lateral shearing interference, rotational shearing interference, flipping shearing interference, and four-wave shearing interference.     

光纤傅里叶变换光谱仪干涉图的对称化处理

偏离中心条纹的抽样以及光纤干涉仪的缺陷引起光纤傅里叶变换光谱仪(FFTS)输出的干涉图不对称,导致由傅里叶余弦变换计算得到的光谱带有相位误差,影响光谱的线型。文章首次将卷积方法应用到光纤傅里叶变换光谱仪中干涉图的对称化处理,利用干涉图的中心部分计算出相位误差,通过傅里叶变换得到了对称化处理函数,用卷积运算在时域完成了光谱的相位误差校正。实验研究表明,在FFTS中该方法能在时域有效地实现干涉图对称化,校正了光谱的相位误差。该方法不仅克服了双边干涉图的缺点,而且校正的结果有较高的准确度。