在光学实验中开设计算全息实验的探讨

计算全息能很好地实现传统光学全息干涉衍射过程的数字化模拟,与传统实验相比,实验参数调整方便,现象直观。将计算全息引入到光学实验教学中,可以突破传统实验的诸多限制,拓宽学生的专业知识面,促进学生的综合实验技能培养。     

普物DIY实验模式的探索与实践

为切实提高低年级物理专业学生的实验意识和动手能力,进行了DIY实验模式的探索,专门开设了短学期的《物理实验技能训练》DIY课程,教学遵循"早启动,集中制作,终期答辩,后续应用"的原则。以望远镜制作为例简要介绍了具体的实施过程,鼓励学生综合应用各种技术手段,在"做中学,学中做",自制的DIY作品可作为实验成果也可作为实验仪器用于传统实验或后续的其他实验,并侧重DIY作品的实验效果给分,这种实验方式受到了学生的普遍欢迎。     

一种菲涅尔全息图的快速算法

通过分析菲涅尔全息图计算模型,发现大量的平方运算和三角函数运算是计算速度的瓶颈,提出了一种菲涅尔全息图的快速计算方法.根据菲涅尔全息图的数学模型,利用三角函数的和差化积公式,将全息图的数学模型变换为由仅与水平或垂直方向有关的独立分量,通过四则运算来表示.在菲涅尔全息图的计算中,用少量的三角函数、平方运算和大量的四则运算代替原来大量的三角函数和平方运算,减少了全息图的运算量.实验表明,采用该算法后全息图的计算速度提高了9倍以上.     

计算机制半周视彩色彩虹全息体视图

基于模式/模群复用的多模光纤通信系统是目前光通信领域的研究热点。系统中存在多个模式/模群,如何准确识别它们是提升传输系统性能的关键问题之一。提出了一种基于深度学习的多模光纤模式与模群的智能识别模型,通过引入全卷积神经网络(CNN),对噪声影响情况下线偏振模式及其模群进行仿真和实验研究。首先,基于多平面光转换模式复用器件和普通OM2多模光纤,搭建10个模式(LP01、LP11a/b、LP21a/b、LP02、LP12a/b、LP31a/b)及其对应的3个模群的光场信息获取的仿真和实验平台,利用大量数据进行训练和验证。实验结果显示,模式/模群的总体识别率可达到100%。通过将获取的模群光场图片重构为低分辨率图片,研究低密度光电探测器阵列接收条件下,智能识别模型的识别性能。实验结果显示,采取4×4光探测器阵列接收光场信息时,能获得98.3%的识别效率。本研究表明提出的智能识别模型具有良好的光纤模式/模群智能识别能力,其在多模光纤通信系统性能提升与智能光性能监测方面具有一定的应用潜力。     

分光计调节途径优化的理论探讨简

在普物实验中,分光计的调节和使用作为一个经典的实验项目被普遍采用,但在其调节过程中往往带有一定的机械性和偶然性,对初学者有较大的困扰.针对关键的细调环节,通过对渐近法调节原理的探讨,从理论上得出了反射镜法线和望远镜光轴偏离程度及调节到位情况的直接判据,可实现反射镜和望远镜的分离调节,使学生在调节中能真正做到“知其然,知其所以然”,优化调节途径,有利于初学者快速掌握分光计调节的原理和技巧.     

结构光三维成像系统的计算机仿真

基于相位测量轮廓术和摄像机模型,提出一种结构照明三维成像系统的高精度计算机仿真算法。对于给定的物体三维模型,首先根据系统结构,采用Z缓冲技术消除遮挡和阴影部分,得到与摄像机像素点对应的物体表面采样点三维坐标,再使用统一的数学模型和方法处理投影过程。根据摄像机及投影仪的内、外参数,最终得到了摄像机像素点、物体表面采样点和投影仪像素坐标三者之间的对应关系,从而实现了结构照明三维成像系统仿真。为实际系统的结构设计、调整和参数校正提供了参考。     

分光计调节途径优化的理论探讨

在普物实验中,分光计的调节和使用作为一个经典的实验项目被普遍采用,但在其调节过程中往往带有一定的机械性和偶然性,对初学者有较大的困扰。针对关键的细调环节,通过对渐近法调节原理的探讨,从理论上得出了反射镜法线和望远镜光轴偏离程度及调节到位情况的直接判据,可实现反射镜和望远镜的分离调节,使学生在调节中能真正做到"知其然,知其所以然",优化调节途径,有利于初学者快速掌握分光计调节的原理和技巧。     

分光计最优化调节探析

指出了分光计调节中传统操作存在的问题,提出了控制变量法调节的思想,实现了载物台调平螺丝和望远镜高度调节螺丝的分离控制调节,优化了调节操作,大大降低了分光计调节的难度,使初学者能在较短的时间里完成调节任务.     

计算机制半周视彩色彩虹全息体视图

全息体视图(HS)是一种可加速计算的全息图，能够实现单色全息三维(3D)显示，将其与彩色彩虹全息相结合并实现允许多人围观的半周视彩色彩虹全息3D显示具有实际应用价值。在HS计算原理的基础上，设计单元全息图侧视角及视场角等参数，通过频域复用获得包含红色、绿色和蓝色信息的单元全息图的频谱，对频谱进行傅里叶逆变换后取实部得到该单元全息图，所有单元全息图的组合形成完整的半周视彩色彩虹HS。通过并行加速计算的方法实现分辨率为200800 pixel×200800 pixel、尺寸为64 mm×64 mm的高分辨率半周视彩色彩虹HS仅需15.15 min。采用反射照明的方式进行光学再现，实现了允许多人同时观看的清晰的彩色全息3D显示，其有望应用于3D军事地图、3D沙盘等领域。     

数字微镜器件闪耀特性及其在全息显示中的应用

为了提高数字微镜器件的空间光调制性能,发挥其在全息显示和三维重构等方面的作用,研究了数字微镜器件的闪耀特性.结合数字微镜器件的物理结构,利用反射光栅理论分析了数字微镜器件的闪耀规律,进行了理论计算与实验修正,得出了其存在四个相对闪耀状态的结论,而通常实验所要求的24°角入射,为出现相对闪耀状态的最小入射角.据此,可在全息显示中选择恰当的入射角,改变数字微镜器件的闪耀状态,增强全息再现的视觉效果.以傅里叶变换全息为例进行了具体应用研究,通过再现光入射角的调节,可实现闪耀级次的调整,并增强了再现的视觉效果.实验表明,分析结果是正确的.