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部分相干矢量光场研究进展:从二维光束到三维光场(特邀)

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光学学报 2024年第10期44卷 114-138页

作者：陈亚红董震刘永雷刘琳王飞蔡阳健苏州大学物理科学与技术学院江苏苏州215006 山东师范大学物理与电子科学学院山东济南250358

回顾了光场相干与偏振联合调控的研究进展,重点介绍了具有特殊空间相干结构的二维部分相干矢量光束的表征、合成及在复杂环境中的鲁棒传输特性;结合纳米光子学的发展,将二维部分相干矢量光束推广到了三维部分相干矢量光场,给出了三维部... 详细信息

回顾了光场相干与偏振联合调控的研究进展,重点介绍了具有特殊空间相干结构的二维部分相干矢量光束的表征、合成及在复杂环境中的鲁棒传输特性;结合纳米光子学的发展,将二维部分相干矢量光束推广到了三维部分相干矢量光场,给出了三维部分相干矢量光场的相干与偏振表征,分析了部分相干紧聚焦矢量光场中的三维偏振结构,包括偏振维度、三维非寻常偏振态、自旋角动量结构等。研究表明相干性在赋予了矢量结构光场新颖自由度的同时,导致了二维矢量光束的鲁棒传输特性以及紧聚焦矢量光场新型三维偏振结构。

关键词：部分相干光场矢量光场光场调控相干与偏振光场相干结构调控

部分相干矢量光场研究进展：从二维光束到三维光场（特邀）

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光学学报 2024年第10期 122-146页

作者：陈亚红董震刘永雷刘琳王飞蔡阳健苏州大学物理科学与技术学院山东师范大学物理与电子科学学院

回顾了光场相干与偏振联合调控的研究进展，重点介绍了具有特殊空间相干结构的二维部分相干矢量光束的表征、合成及在复杂环境中的鲁棒传输特性；结合纳米光子学的发展，将二维部分相干矢量光束推广到了三维部分相干矢量光场，给出了三... 详细信息

回顾了光场相干与偏振联合调控的研究进展，重点介绍了具有特殊空间相干结构的二维部分相干矢量光束的表征、合成及在复杂环境中的鲁棒传输特性；结合纳米光子学的发展，将二维部分相干矢量光束推广到了三维部分相干矢量光场，给出了三维部分相干矢量光场的相干与偏振表征，分析了部分相干紧聚焦矢量光场中的三维偏振结构，包括偏振维度、三维非寻常偏振态、自旋角动量结构等。研究表明相干性在赋予了矢量结构光场新颖自由度的同时，导致了二维矢量光束的鲁棒传输特性以及紧聚焦矢量光场新型三维偏振结构。

关键词：部分相干光场矢量光场光场调控相干与偏振光场相干结构调控

部分相干矢量光场研究进展：从二维光束到三维光场

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光学学报 2024年

作者：陈亚红董震刘永雷刘琳王飞蔡阳健苏州大学物理科学与技术学院山东师范大学物理与电子科学学院

相干与偏振是光场的两个重要内禀属性，对光场相干性的研究促进了部分相干光学的发展，而对光场偏振特性的研究导致了矢量结构光场的发现与应用。本文回顾了光场相干与偏振联合调控的研究进展，重点介绍了具有特殊空间相干结构的二维部... 详细信息

相干与偏振是光场的两个重要内禀属性，对光场相干性的研究促进了部分相干光学的发展，而对光场偏振特性的研究导致了矢量结构光场的发现与应用。本文回顾了光场相干与偏振联合调控的研究进展，重点介绍了具有特殊空间相干结构的二维部分相干矢量光束的表征、合成及在复杂环境中的鲁棒传输特性；结合纳米光子学的发展，将二维部分相干矢量光束推广到了三维部分相干矢量光场，给出了三维部分相干矢量光场的相干与偏振表征，分析了部分相干紧聚焦矢量光场中的三维偏振结构，包括偏振维度、三维非寻常偏振态、自旋角动量结构等。研究表明相干性赋予了矢量结构光场新颖自由度的同时，导致了二维矢量光束的鲁棒传输特性以及紧聚焦矢量光场新型三维偏振结构。

关键词：部分相干光场矢量光场光场调控相干与偏振光场相干结构调控

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新型相干结构光场调控及应用研究进展

光电工程 2022年第11期49卷 3-30页

作者：刘永雷董震陈亚红蔡阳健山东师范大学物理与电子科学学院苏州大学物理科学与技术学院

结构光场的空域调控包括振幅、相位、偏振、相干度等丰富自由度，对其自由度的单一或联合调控引发了一系列新奇物理效应，在新型结构光场构建及多种领域中具有重要应用。相比于完全相干光场，部分相干光场在抵抗散斑噪声和大气湍流扰动... 详细信息

结构光场的空域调控包括振幅、相位、偏振、相干度等丰富自由度，对其自由度的单一或联合调控引发了一系列新奇物理效应，在新型结构光场构建及多种领域中具有重要应用。相比于完全相干光场，部分相干光场在抵抗散斑噪声和大气湍流扰动等方面具有独特优势。近年来，具有新型相干结构的部分相干光束在大气传输、光学加密与成像、信息鲁棒传输、高质量光束整形等领域有着重要研究价值。本文详细综述了具有新型相干结构部分相干光场的理论构建与实验合成的研究进展，并重点介绍了新型相干结构光场在复杂环境中的鲁棒传输特性及其在光学加密、成像、鲁棒信息传输及光束整形中的应用研究进展。研究表明，新型相干结构光场调控不仅提供了一种有效抵抗复杂环境扰动的有效手段，而且丰富了光场调控技术在多种领域中的应用。最后，对新型相干结构调控技术发展趋势及潜在应用前景进行了展望。

关键词：光场调控部分相干光场相干结构调控

来源：博看期刊

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基于波场强度传输方程的相位恢复研究

基于波场强度传输方程的相位恢复研究

作者：刘岩安徽大学

学位级别：硕士

当光波照射在一个物体上时,物体将对波的三种性质产生影响：振幅、波长和相位。前两种对应我们熟悉的亮度和颜色。后一种携带了物体的形状、位置等相关的物理细节。然而,我们知道,因为光波的震荡频率约为1015Hz,相位变化太快,现有的光... 详细信息

当光波照射在一个物体上时,物体将对波的三种性质产生影响：振幅、波长和相位。前两种对应我们熟悉的亮度和颜色。后一种携带了物体的形状、位置等相关的物理细节。然而,我们知道,因为光波的震荡频率约为1015Hz,相位变化太快,现有的光传感装置不能直接地测量到它们,使得许多关键信息被淹没在强度信息中。因此,波场的相位恢复技术在表面重构、显微镜学、位置检测等不同物理学的分支学科以及在工程应用中有着非常重要的意义。由已知波场的强度信息来恢复物体相位信息的相位恢复技术目前主要包括GSF(Gerchberg-Saxton-Fienup)迭代算法和基于强度传输方程(Transport of Intensity Equation, TIE)的确定性求解算法。在一定的物理和几何(近轴逼近)条件下,波阵面传播的振幅和相位关系可以由TIE连接起来,因此自TIE在1980年代初期由Teague等提出后,一直受到有关理论和应用界的关注。论文研究了基于三种边界条件下的快速傅里叶变换算法,并给出了模拟和真实的实验结果。经典的TIE相位恢复算法的推导是建立在相干光场的前提条件下,因此,传统的TIE算法不能直接应用于部分相干光场的相位恢复。论文对目前部分相干光场的相位恢复算法的现状进行了介绍,重点研究和分析了一致照明和非一致照明情况下相应的相位恢复方程。论文主要的研究工作和创新点如下所示：(1)对相干光照明条件下TIE的相位恢复算法特别是快速傅里叶变换算法进行了总结,给出了三种边界条件(包括周期边界,Dirichlet和Neumann边界)下具体解法的推导公式和算法实现。搭建了相干光照明条件(以激光为光源)下的光学实验系统,给出了模拟和真实的实验结果。(2)利用空间相干和时间相干推导出波函数,该波函数用一种角谱传播函数表示。提出从描述部分相干场的互强度函数出发,推导部分相干光场的扩展强度传输方程,并用于一致照明和非一致照明情况下的相位恢复。搭建了部分相干光照明条件(以LED为光源)下的光学实验系统,利用实验系统拍摄的真实强度图像进行实验,实验结果证明了所提算法对恢复部分相干光场相位的有效性。(3)设计了一个集成式多CCD采集读数摄像机,该摄像机结构简单、便于携带、实时采集图像的同时能够精确的读取聚焦图像与散焦图像的间距,从而为TIE的求解提供必要的信息。

关键词：相位恢复强度传输方程边界条件部分相干光场一致照明非一致照明

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基于配准递进补偿的相位恢复

光子学报 2019年第4期48卷 195-203页

作者：程鸿熊帮玲王金成马慧敏韦穗安徽大学电子信息工程学院计算智能与信号处理教育部重点实验室合肥230039

针对光强传输方程法在部分相干光场相位恢复过程中,由于CCD采集频率与LED发光频率不同步导致恢复的相位出现黑白相间的条纹,以及机械移动造成采集角度的偏差所导致的相位结果错误等问题,提出了配准递进补偿算法.首先,对所采集的具有一... 详细信息

针对光强传输方程法在部分相干光场相位恢复过程中,由于CCD采集频率与LED发光频率不同步导致恢复的相位出现黑白相间的条纹,以及机械移动造成采集角度的偏差所导致的相位结果错误等问题,提出了配准递进补偿算法.首先,对所采集的具有一定角度偏差的三幅强度图进行角点检测和互相关匹配,并去除错误点对从而得到变换矩阵进行图像变换以纠正原有的偏差.同时,由于照明光波的缓慢动态变化与其低频分量相关,在新的配准图像中进行初次补偿以改善照明频闪效应.然后使用光强传输方程求解得到样品的初始相位.为了解决初始相位边缘出现的光晕,再次对恢复的相位进行补偿以突出样品的关键信息.搭建了真实光路系统进行实验验证,结果表明所提方法在纠正角度偏差的同时改善了频闪效应.微透镜阵列实验中,恢复的结果与实际结果相对误差为1.7%,证明了所提算法的正确性与有效性.

关键词：光强传输方程部分相干光场相位恢复递进补偿配准

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