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时空偏振奇异光场的模拟生成

激光与光电子学进展 2024年

作者：叶东江苏警官学院刑事科学技术系公安部鉴定中心

时空光涡旋近来受到研究人员的大量关注，由于其携带横向轨道角动量，从而能提供比普通涡旋光束更多的自由度。本文旨在研究时空光涡旋的矢量特性，将其与偏振奇异相结合，提出了时空偏振奇异光场，即在空域为偏振奇异光场，且在时空域... 详细信息

时空光涡旋近来受到研究人员的大量关注，由于其携带横向轨道角动量，从而能提供比普通涡旋光束更多的自由度。本文旨在研究时空光涡旋的矢量特性，将其与偏振奇异相结合，提出了时空偏振奇异光场，即在空域为偏振奇异光场，且在时空域携带有涡旋相位。利用两束正交圆偏振光束的叠加，实现了三种类型的时空偏振奇点，即C点、V点和高阶时空偏振奇点。探讨了时空域螺旋相位对空域偏振奇点的影响，发现需要在两个叠加光束空域的相同平面中携带螺旋相位，否则会破坏空域的偏振奇异结构。本文的工作加深了对时空光涡旋物理性质的理解，并为其应用研究提供了理论依据。

关键词：奇异光学时空光涡旋相位奇异偏振奇异螺旋相位斯托克斯相位

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基于涡旋高斯光束的自成像效应数值实验

实验技术与管理 2024年第3期41卷 148-155页

作者：李欣张培峰展凯云中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院山东青岛266580 中国石油大学(华东)理学院山东青岛266580

涡旋光束的传输动力学行为是光学领域研究的热点之一。该文采用理论分析与数值模拟相结合的方法,研究了经典光学涡旋、非对称幂指数光学涡旋和对称幂指数光学涡旋三类不同涡旋高斯光束的传输行为。结果表明,在自由空间中三类光学涡旋高... 详细信息

涡旋光束的传输动力学行为是光学领域研究的热点之一。该文采用理论分析与数值模拟相结合的方法,研究了经典光学涡旋、非对称幂指数光学涡旋和对称幂指数光学涡旋三类不同涡旋高斯光束的传输行为。结果表明,在自由空间中三类光学涡旋高斯光束均可产生整数、分数自成像效应,其自成像距离与无光学涡旋高斯光束产生的自成像现象的复现距离一致。自成像平面上光场结构由一系列周期性阵列光束构成,其光强分布与涡旋相位的拓扑荷数和幂指数阶数密切相关。对于所施加的三类光学涡旋,阵列波束表现出了圆环、螺旋及花瓣型三类不同的光场分布,但是其相位分布基本保持不变。该研究为系统认识周期性涡旋光束的演化动力学行为,以及获得新颖的结构光束提供了新的思路和方法。

关键词：自成像效应光学涡旋高斯光束螺旋相位

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基于Pancharatnam-Berry相位超表面的光学微分运算

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基于Pancharatnam-Berry相位超表面的光学微分运算

作者：曾奎铭湖南大学

学位级别：硕士

光涡旋类似于中心流动奇点的流体涡旋,其光束具有一定拓扑电荷的相位奇点,从而产生空心强度分布。这种具有螺旋相位和轨道角动量的光束揭示了宏观物理光学和微观量子光学之间的微妙联系。超构材料由于其人工设计的奇特介电常数和磁导率... 详细信息

光涡旋类似于中心流动奇点的流体涡旋,其光束具有一定拓扑电荷的相位奇点,从而产生空心强度分布。这种具有螺旋相位和轨道角动量的光束揭示了宏观物理光学和微观量子光学之间的微妙联系。超构材料由于其人工设计的奇特介电常数和磁导率,为操纵电磁波提供了多样的手段。随着微纳加工技术的发展和相关理论的完善,超表面作为超构材料的重要分支因其在不同方向上能够独立调控电磁响应而广受关注。超表面可以显著增强光的自旋-轨道相互作用,并实现对光的自旋和轨道角动量的高效操控,从而展现出在光子自旋霍尔效应增强、光场调控、光学微分计算增效等方面的应用潜力。超表面作为二维人工纳米结构,在控制光和模拟全光计算方面显示出了非凡的能力。近年来获得了很大的研究进展。本文主要研究了涡旋矢量光束的生成和基于超表面的光学微分运算器,取得了如下研究成果:1、相位和偏振是电磁波的两个重要特征,可以方便地由动态相位元和几何相位元操纵。Pancharatnam-Berry(PB)相位是由空间变极化产生的。当一个极化状态在庞加莱球上经历一个闭合回路时,就获得了PB相位。PB相位已被证明等于在球体中心的闭合回路所对应的固体角的一半。矢量涡旋光束可以分解为一个矢量光束和一个涡旋相位因子。在本文工作中提出将超表面q板和超表面螺旋相板集成到一个矢量涡旋超表面中,以产生任意矢量涡旋束。通过调整入射偏振态,可以在混合阶庞加莱球上实现任意的矢量涡旋光束。2、超表面广泛应用于图像处理,如图像的边缘增强、显微细胞的边缘成像、复杂显微样品的定量成像等。本文工作中提出了一种基于特定光学计算逆向设计PB相超表面的方法。从庞加莱球上PB相的演化推导出局部光轴结构与相位之间的特殊关系。将超表面应用到光学模拟计算和全光学图像边缘检测中。与传统的光学元件相比,反向设计的PB相超表面能够在更小的外形中结合更多的功能,从而有助于光学系统的高度集成。3、光学模拟计算中高速、实时、多通道并行计算的固有优势引起了广泛关注。通过考虑在光学系统中引入级联操作,有望实现一个多功能的光学模拟计算网络。本文将级联操作的概念引入到全光空间模拟计算中。一阶运算的单一功能难以满足图像识别的实际应用要求。通过对两个一阶微分操作单元的级联,实现了光学二阶空间微分器,并演示了振幅和相位对象的图像边缘检测。成功实现了二维运算。并验证了光学微分器的宽带性能。

关键词：矢量运算光学涡旋螺旋相位超表面 PB相位光学微分运算

基于相位全息法的高阶和分数阶涡旋光产生方法及性能研究

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光通信技术 2023年第6期47卷 53-56页

作者：杨焓王润兵邢浩儒杨启航李盼许飞祁义红华东理工大学物理学院上海200237

为了进一步探索高阶和分数阶涡旋光的高效产生方法,利用相关计算程序模拟了涡旋光相位全息图,搭建了相位全息法产生涡旋光的光路,研究了整数和分数阶涡旋光的光场分布特点。实验结果表明:当产生轨道角动量拓扑荷数l=1~200整数阶的涡旋光... 详细信息

为了进一步探索高阶和分数阶涡旋光的高效产生方法,利用相关计算程序模拟了涡旋光相位全息图,搭建了相位全息法产生涡旋光的光路,研究了整数和分数阶涡旋光的光场分布特点。实验结果表明:当产生轨道角动量拓扑荷数l=1~200整数阶的涡旋光时,涡旋光束图的中心暗斑在一定范围内会随拓扑荷数的增大而增大,超过一定数值范围后,受限于仪器参数的涡旋光质量会降低;当产生l=8.1、8.4、8.8分数阶的涡旋光时,涡旋光相位出现分数分布,径向缺口随分数阶拓扑荷数增大而逐渐向整数阶演化。

关键词：涡旋光束轨道角动量相位全息图螺旋相位空间光调制器

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基于非对称加密的结构光三维成像技术研究

基于非对称加密的结构光三维成像技术研究

作者：张静上海师范大学

学位级别：硕士

信息安全对国家安全和经济社会发展有深远的影响,世界各国都不断加大了对信息安全技术的研究。光学信息安全技术凭借着其独特的多自由度和并行处理等优点逐渐成为了最活跃的研究领域之一。近些年来,光学图像加密技术的研究取得了一些进... 详细信息

信息安全对国家安全和经济社会发展有深远的影响,世界各国都不断加大了对信息安全技术的研究。光学信息安全技术凭借着其独特的多自由度和并行处理等优点逐渐成为了最活跃的研究领域之一。近些年来,光学图像加密技术的研究取得了一些进展,人们提出了多种信息加密策略,但是大多局限在二维目标,对三维目标的加密在成像质量和安全性等方面亟待提高。本论文通过对当前已有的研究成果进行详细的调研和分析,具体介绍了结构光三维成像技术的相关知识理论,分析了该方法的优点和缺点,以及对该技术未来的发展进行了展望。同时,针对三维物体信息在传递的过程中可能会存在一定的安全性问题,如受到攻击者的信息窃取等,提出了相应的解决方案,从而使物体的三维信息在传递过程中的安全性得以保证。本论文的工作内容主要包含以下三个方面:1.通过对结构光三维成像技术的系统调研,详细地介绍了一种结构光三维成像技术的实验装置,实验的基本原理以及实验过程的主要步骤。根据该技术应用到的知识与技能,在实验室中实现了对物体进行三维成像的实验,并通过最终的成像结果验证了该方法重现物体三维轮廓的可行性。2.提出了一种基于椭圆曲线加密和结构光三维成像的非对称加密的隐形结构光三维成像的方法。详细介绍了该方法的原理,并通过数值模拟进行了验证。最后,利用直方图、相邻像素相关性等方法对该系统进行了安全性测试。通过最终的成像结果得出该方法可以有效增强物体三维信息在传递时的安全性。3.提出了一种基于拓扑荷数复用的加密方法,并将该加密方法与结构光三维成像技术进行结合,从而形成了一种新的非对称加密的结构光三维成像方法。该方法采用了数字加密与光学螺旋相位相结合的手段对物体的三维信息进行了加密传输。详细介绍了该方法的原理,并进行了数值模拟,通过剪切攻击、高斯噪声攻击等方法进行了安全性分析。最终,通过成像结果验证了该方法在物体三维成像和信息传递时的可行性和安全性。

关键词：结构光三维成像非对称加密椭圆曲线加密等模分解螺旋相位

基于Gerchberg-Saxton相位恢复算法改进的涡旋光束生成

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激光与光电子学进展 2015年第10期52卷 104-109页

作者：王由平郑明杰陈大强福建师范大学光电与信息工程学院福建福州350007

随着液晶空间光调制器的广泛应用,利用液晶空间光调制器生成涡旋光束的方法越来越实用。由于反射式液晶空间光调制器制作工艺的缺陷,使得生成出来的涡旋光束质量并不是十分完美的。就反射式液晶空间光调制器这一缺陷提出了一种基于Gerch... 详细信息

随着液晶空间光调制器的广泛应用,利用液晶空间光调制器生成涡旋光束的方法越来越实用。由于反射式液晶空间光调制器制作工艺的缺陷,使得生成出来的涡旋光束质量并不是十分完美的。就反射式液晶空间光调制器这一缺陷提出了一种基于Gerchberg-Saxton(GS)相位恢复算法的像差补偿方法,通过像差补偿使得反射式液晶空间光调制器生成出来的涡旋光束质量(对称性)得到提高,进而从理论上说明了反射式液晶空间光调制器生成各种完美环形光的方法。

关键词：傅里叶光学螺旋相位像差补偿 Gerchberg—Saxton算法反射式液晶空间光调制器

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二帧变换光源阴影莫尔技术研究

光子学报 2016年第2期45卷 13-18页

作者：周宪杜虎兵王建华西安工业大学机电工程学院西安710021

为了快速测量物体表面三维轮廓,提出一种变换光源位置的相移阴影莫尔技术.该方法通过控制两个光源的亮灭,将相移引入测量视场.使用二维经验模式分解法对条纹图进行正则化,结合螺旋相位变换方法和二帧相移算法对测量高度进行估计,利用发... 详细信息

为了快速测量物体表面三维轮廓,提出一种变换光源位置的相移阴影莫尔技术.该方法通过控制两个光源的亮灭,将相移引入测量视场.使用二维经验模式分解法对条纹图进行正则化,结合螺旋相位变换方法和二帧相移算法对测量高度进行估计,利用发展的迭代自调算法提取精确测量相位.计算机仿真和光学实验结果表明,该方法的解调准确度优于现有的二帧相移解调算法,同时,由于消除了测量过程中必要的机械运动,只需要二帧条纹图进行相位解调,节约了测量时间.

关键词：测量二帧相移阴影莫尔螺旋相位迭代算法

CopG蛋白介导的DNA弯曲对σ^(54)依赖型启动子转录起始的调控作用

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科学通报 2006年第6期51卷 672-678页

作者：陈彦丞杨恩策刘臻峰田哲贤王忆平北京大学生命科学学院蛋白质暨植物基因工程国家重点实验室北京100871

以glnAp2,nifLp和glnHp2为研究对象,在不改变上游序列增强子元件和核心启动子之间距离的前提下,将DNA弯曲蛋白CopG的靶位点替换插入到两者之间的不同位置,构建了一系列的同源启动子.在大肠杆菌中,这些同源启动子的活性被CopG介导的DNA... 详细信息

以glnAp2,nifLp和glnHp2为研究对象,在不改变上游序列增强子元件和核心启动子之间距离的前提下,将DNA弯曲蛋白CopG的靶位点替换插入到两者之间的不同位置,构建了一系列的同源启动子.在大肠杆菌中,这些同源启动子的活性被CopG介导的DNA弯曲激活或者被抑制.不同位置的CopG靶位点,在具有相同调控模式的同源启动子中(无论是激活还是抑制)相距为整数个螺旋,在具有相反调控模式的同源启动子中相距为整数加半个螺旋.我们的实验结果表明,CopG介导的DNA弯曲可能通过改变σ54RNA聚合酶和NtrC在DNA螺旋上的相对相位关系进而可以调控σ54依赖型启动子的转录起始.

关键词： σ^54依赖型启动子DNA弯曲 CopG蛋白螺旋相位

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光学涡旋的研究进展

微纳电子技术 2016年第2期53卷 69-77,134页

作者：周昂梁静秋梁中翥王维彪中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室长春130033 中国科学院大学北京100049

从理论、基础技术和应用三个方面对光学涡旋的发展历程和研究进展进行了概述。首先,重点介绍了线性光学涡旋和非线性光学涡旋孤子两种模型的最新理论研究成果,以及产生高亮度、高精度及高能量的光学涡旋的新思路和新方法,如计算全息法... 详细信息

从理论、基础技术和应用三个方面对光学涡旋的发展历程和研究进展进行了概述。首先,重点介绍了线性光学涡旋和非线性光学涡旋孤子两种模型的最新理论研究成果,以及产生高亮度、高精度及高能量的光学涡旋的新思路和新方法,如计算全息法、新型螺旋相位板法、热透镜法及泵浦光重整法等。然后通过具体数据比较了这些方法的原理和特点。在应用领域,着重介绍光学涡旋在远距离光操纵、天文观测和MEMS微制造等多个应用领域获得的突破性进展,分析了光学涡旋应用的发展趋势,并对未来的研究方向进行展望。

关键词：光学涡旋螺旋相位相位奇点螺旋相位板光学涡旋孤子光学操控微电子机械系统(MEMS)

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