鬼成像中一些数学问题

鬼成像是一种与传统成像方式不同的通过光场涨落的高阶关联获得图像信息的新型成像方式。近年来,相比传统成像方式,鬼成像所拥有的一些优点如高灵敏度、超分辨能力、抗散射等,使其在遥感、多光谱成像、热X射线衍射成像等领域得到广泛研究。随着对鬼成像的广泛研究,数学理论和方法在其中发挥的作用愈显突出。例如,基于压缩感知理论,可以进行鬼成像系统采样方式优化、图像重构算法设计及图像重构质量分析等研究工作。本文旨在探索鬼成像中的一些有趣的数学问题,主要包括:系统预处理方法、光场优化及相位恢复问题。对这些问题的研究既可以丰富鬼成像理论,又能推动它在实际应用中的发展。     

角锥棱镜谐振腔激光模式模拟研究

为了探究角锥棱镜谐振腔激光模式,以角锥-平面镜腔为例,将角锥棱镜等效为衍射光栅,考虑角锥镜棱宽在谐振腔中的衍射效应以及二面角误差引起的附加相位分布对谐振腔激光模式的影响,在光学谐振腔理论的基础上,建立了求解本征模式的理论分析模型.采用快速傅里叶法数值模拟不同腔长、角锥镜棱宽和二面角误差情况下该无源谐振腔激光输出模式分布情况.结果表明,在腔长30 cm、角锥镜棱宽小于75μm、二面角误差在-10′~5′之间时,可实现光斑完整的圆形分布输出模式,且有较好的光束质量;棱宽不小于0.4 mm,二面角误差在-40′~10′之间时,光斑为TEM 03阶横模,光场呈六瓣分布;当角锥镜棱宽为0.4 mm、二面角误差为3′,腔长从30~90 cm范围内增加时,该谐振腔输出的激光模式从TEM 03转换成TEM 10.     

光寻址电位传感器的正交相位检波检测方法

光寻址电位传感器的幅度检测方法易受噪声干扰,灵敏度差,信噪比和精度低,且受调制光源的影响较大,影响检测结果的准确性.为此提出了一种基于正交相位检波的光寻址电位传感器检测方法.该方法是将光寻址电位传感器的输出光电流信号分别与两路正交信号相乘,通过低通滤波提取直流分量并相除,即可得到光寻址电位传感器的输出信号相位信息.与已有的光寻址电位传感器相位检测方法相比,该方法具有算法复杂度低、实时性高的优点.实验研究了调制光源光强对光寻址电位传感器幅度检测和相位检测的影响,对比分析了光寻址电位传感器的传统幅度检测方法与正交相位检波检测方法对pH检测的灵敏度、线性度及信噪比.结果表明,相比于幅度检测方法,调制光源光强对光寻址电位传感器的相位检测影响更小,在频率为10 kHz,pH的范围为1.68~10.01的情况下,相位检测方法比幅度检测方法测得的灵敏度增加了7 mV/pH,精度提高了14.9 mpH,非线性误差减小了0.003%,均方差减少了0.1051×10^-5,信噪比增加了8.2827 dB.该方法特别适用于弱光下的光寻址电位传感器检测.     

FFT动态相位重建算法的滤波窗影响分析

为了优化相位重建算法,针对波面干涉图的傅里叶频谱,分析了不同滤波窗口的分布特征和频谱响应,通过计算机仿真和实验测试,确定了FFT动态相位重建算法的最佳滤波窗口类型。其中处理仿真干涉图重建的波面与原始波面的波面峰谷值残差为0.008 5λ,波面均方根值残差为0.000 1λ;处理实验干涉图获得的波面与移相干涉测量法获得的波面峰谷值残差为0.009 3λ,波面均方根值残差为0.000 5λ。结果表明:选取Hamming窗进行滤波处理并重建的相位经拟合后得到的波面较参考波面的面形残差最小,相位重建精度优于0.01λ,可进一步应用于大口径光学元件的测量中。     

利用相位步进脉冲消除探头13C NMR背景信号

由静态探头线圈外有机材料产生的¹³C NMR背景信号强度大,化学位移范围广（δ_C 20~250）,此背景信号在交叉极化实验中还可被增强,并随着样品信号的累积而累积,严重影响谱图分析.将相位步进脉冲引入交叉极化实验（称为PIPCP）中可以有效去除经交叉极化增强的¹³C NMR背景信号,但样品信号不受影响.这是由于经过相位步进脉冲后,线圈外相位严重畸变,而且线圈外锁定场强度急剧降低,来自探头材料的¹³C NMR背景信号无法有效地进行交叉极化.而对于被测样品甘氨酸来说,由于I核和S核之间强烈的偶极耦合作用,所加相位步进脉冲对锁定场强度的影响只有1.4%.     

相位共轭光腔的热稳性

使用传播矩阵方法推导出了相位共轭腔的热稳条件,指出仅满足G_1G_2=(1/2)并不意味着相位共轭腔一定是热稳的.因此,为得到高质量的输出激光束,需进行相位共轭腔的最佳设计.用本文所得结果还能解释利用相位共轭技术消除畸变的定域性现象.     

激光偏振性的量子理论与实验研究

本文建立了激光偏振性的全量子理论。分析了各向异性腔中多模运转下激光束的偏振特性。给出He-Ne激光器在6328振荡谱线上各模相互间角度随各向异性变化的基本方程、计算曲线及偏振组态。本文还给出了由应力导致相位各向异性对模式偏振性影响的实验结果。理论分析与实验结果相符。     

波矢空间中电磁场的几何相位

将电磁场作Fourier变换可把Maxwell方程组转写成为波矢空间中的Schrodinger型方程。然后采用Aharonov和Anandan关于态矢循环演变时相位变化的理论给出了波矢空间中电磁场的相位.其中包括几何相位。     

位标器动平衡测试系统中的相位测量方法研究

提出了一种相位测量方法,该方法可以准确检测从位标器陀螺仪输出的钟形光电脉冲信号峰值点的位置并以其为时间基准点进行相位测量,并可判断被测两信号之间的时间间隔以及超前滞后关系.针对在现场中的干扰因素,提出了相应的解决措施.该方法电路简单;测量速度快;精度高;可靠性好.     

平行排列液晶器件的波前调制特性

设计了一种新型的平行排列液晶相位调制器(LC PM),可在纯相位的模式下进行相位调制,研究了液晶相位调制器的光学特性,理论上给予了分析．对畸变波前进行了调制,在1 cm2的校正面积上,调制后的准确度PV(peak to valley)值接近λ／15(λ=0.6328 μm),RMS(Root Means Square)可达到λ／100,斯特列尔比SR (Strehl Ratio)达到0.989．改变了传统的扭曲向列液晶器件难于进行纯相位调制和得到高准确度调制的缺点,达到了理想的效果.