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部分相干光源光谱学的研究进展

物理 1997年第9期26卷 534-537页

作者：郭晓维军械工程学院兵器工程系

部分相干光源的光谱学是光学领域的最新理论研究方向之一．它的研究涉及到波动光学、统计光学和量子光学．文章在该理论创建１０周年之际。

关键词：光谱学干涉效应部分相干光源

相干模表示的部分相干高斯-谢尔光束的相位-空间积

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光学学报 2007年第3期27卷 471-476页

作者：鲁伟刘立人(指导) 孙建锋阳庆国李大汕中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学实验室上海201800 中国科学院研究生院北京100039

与传统的相干激光光束的评价不同,对部分相干光束质量进行评价时,不仅要反映其远场发散特性,而且还要能体现光源本身的部分相干性。根据部分相干光的相干模表示法,推导了由部分相干光源所产生光束的相位一空间积Q。与前人在相干光源情... 详细信息

与传统的相干激光光束的评价不同,对部分相干光束质量进行评价时,不仅要反映其远场发散特性,而且还要能体现光源本身的部分相干性。根据部分相干光的相干模表示法,推导了由部分相干光源所产生光束的相位一空间积Q。与前人在相干光源情形下得到的结论相比,得出的相位一空简积Q不仅包含各个全相干模基元线性组合的贡献,而且还有来自不同的全相干模基元之间相互作用的贡献。

关键词：激光光学部分相干光源光束质量相干模表示高斯-谢尔模型光束互谱密度角度相关函数

LED同轴数字全息显微浮游生物原位探测系统

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光学技术 2018年第4期44卷 508-512页

作者：许文彬郭卜瑜侯蕊中国海洋大学信息科学与工程学院

海洋浮游生物原位探测系统对海洋生态研究具有重要意义。研究了一种适合长期在水下观察浮游生物的原位探测系统。系统基于同轴数字全息光路设计,加入显微放大模块,使用中心波长525nm的LED光源,有效降低了激光散斑噪声的同时,使显微成像... 详细信息

海洋浮游生物原位探测系统对海洋生态研究具有重要意义。研究了一种适合长期在水下观察浮游生物的原位探测系统。系统基于同轴数字全息光路设计,加入显微放大模块,使用中心波长525nm的LED光源,有效降低了激光散斑噪声的同时,使显微成像的景深达到厘米量级。通过测试得到CCD位置与系统景深的变化关系直方图,选择合适的光阑直径和CCD位置对标准分辨率板usaf1951和水槽中的浮游生物进行了全息记录和再现;对系统分辨率进行评估,充分论证LED同轴数字全息显微在海洋浮游生物原位探测中的可行性。

关键词： LED同轴全息海洋浮游生物水下原位探测数字全息显微部分相干光源

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基于超连续谱载波的自由空间光通信技术研究

基于超连续谱载波的自由空间光通信技术研究

作者：张欣梦长春理工大学

学位级别：硕士

自由空间光通信是以空间大气作为通信信道,以激光作为载波,在大气信道中进行信息传输的一种无线通信方式。被认为是“最后一公里”的解决方案,相比于传统的射频通信而言,有着频谱宽传输容量大,抗电磁干扰能力强,保密性好等优点,相比于... 详细信息

自由空间光通信是以空间大气作为通信信道,以激光作为载波,在大气信道中进行信息传输的一种无线通信方式。被认为是“最后一公里”的解决方案,相比于传统的射频通信而言,有着频谱宽传输容量大,抗电磁干扰能力强,保密性好等优点,相比于传统的光纤通信而言,有着体积小,易部署,不受环境影响等优点,可以作为抢险救灾的紧急通信方案。自由空间光通信在星地,星间链路都有着很大的应用前景。然而,由于大气湍流所引起的光强闪烁一直以来是阻碍自由空间光通信长距离高速传输发展的一个重大阻碍。前人利用超连续谱光源加载图像信号进行了4米的自由空间光通信,也有人提出了很多办法减轻大气湍流所带来的影响,例如空间分集,孔径平均,自适应光学,信道编码,使用部分相干光源。其中,很多理论计算和数值模拟表明:部分相干光源相比于相干光源在大气传输时,受湍流的影响更小,还可以更有效的降低光强闪烁因子。同时超连续谱在一定条件下具有部分相干的特性。本篇论文主要以实验方式研究了以超连续谱为载波利用其部分相干特性在大气中进行高速光通信实验,针对超连续谱的特性,结合实验仿真结论,选择适合大气传输的超连续谱光源,并对比传统相干光源,比较传输性能,最低灵敏度,闪烁因子等等。研究成果主要包括以下几个方面:1.本文针对产生超连续谱的泵浦光源锁模机制做了详细阐述,并列举了两种常用的锁模机制,对比分析选择出适合本文实验所需的高重频锁模脉冲光源进行泵浦。2.本文对超连续谱特性及产生进行了详细理论分析,详细介绍了非线性效应和色散对超连续谱展宽的影响,并实验证实了相关的仿真结果。同时采用不同波长和功率的泵浦光源针对高非线性光纤,色散位移光纤进行泵浦,选择出具有部分相干特性的超连续谱光源作为实验传输光源。3.本文针对超连续谱载波进行了速率为Gbit/s的自由空间传输实验,还首次对比超连续谱光源及相干光源在同一的大气湍流信道中传输时产生的闪烁因子,进行了实验测量,得出基于超连续谱载波的部分相干光源能够有效地降低闪烁因子至25%1%。以及影响超连续谱光源在大气湍流信道中传输的闪烁因子的变量,比如相干度以及传输波长,传输手段。

关键词：自由空间光通信大气湍流超连续谱部分相干光源

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空心谢尔模型光束的远场调控特性

空心谢尔模型光束的远场调控特性

作者：袁财富四川师范大学

学位级别：硕士

过去几十年里,在光束传输领域,研究者们提出了各种各样的光源,其中对于谢尔模型光源的研究最为广泛,这一类光源在光场区域的相干性只由两位置矢量之间的差值所决定。同时,研究者们通过构建不同的空间结构关联函数,得到了不同的光源。这... 详细信息

过去几十年里,在光束传输领域,研究者们提出了各种各样的光源,其中对于谢尔模型光源的研究最为广泛,这一类光源在光场区域的相干性只由两位置矢量之间的差值所决定。同时,研究者们通过构建不同的空间结构关联函数,得到了不同的光源。这些光源在光场区域会产生不同种类的光谱强度分布,例如,空间周期性晶格分布,环形分布,菱形分布,三角形分布等。此外,研究者们还通过在光源上添加扭曲相位,得到了扭曲的光源,具有扭曲相位的光束在传播过程中可以发生旋转,这为光场调控提供了一个新的自由度,研究还表明具有扭曲相位的光束可以提高光束的传播质量,这对于自由空间的光通信等方面具有重要的应用价值。近年来,各类空心光源以及产生空心光谱强度分布的各类方法在理论和实验上都得到了实现。由于空心光束在粒子捕获,成像,光学材料表面的处理等方面具有重要的意义。因此,对于空心类光束的研究吸引了大量研究人员的注意。本文主要讨论了四种新型空心高斯谢尔模型光源,研究了这四种空心光源在光场区域所表现出的不同光学特性,并讨论了光谱强度在不同光源参数下的分布情况。其主要研究内容如下:一、研究了矩形空心多高斯谢尔模型光源的传播特性。构建了光源的空间结构关联函数,推导了光源和远场的交叉谱密度函数,得到了光谱强度分布。讨论了光源参数对光谱强度分布的影响。结果表明,通过调整光源的参数,可以有效地控制光谱强度中空边缘的厚度、空心的形状、空心的尺寸和轮廓的朝向等远区光谱强度的特性。二、研究了矩形空心扭曲多高斯谢尔模型光源的传播特性。构建了光源的空间结构关联函数,推导了光源和光场的交叉谱密度函数,得到了光谱强度分布。讨论了光源参数对光谱强度分布的影响。通过适当的选择该光源的结构参数,可以调整空心边缘的厚度、空心的尺寸大小和光谱强度的旋转方向。三、研究了扭曲空心高斯谢尔模型矩形阵列光源的传播特性。重构了光源和光场的交叉谱密度函数,得到了光谱强度分布。讨论了光源参数对光谱强度分布的影响。通过调整光源的参数,可以控制矩形阵列中每个空心叶瓣的旋转方向,矩形阵列的行数和列数以及阵列中每相邻两个空心叶瓣之间的距离等光场光谱强度的特性。四、研究了扭曲空心高斯谢尔模型环形阵列光源的传播特性。重构了光源和光场的交叉谱密度函数,得到了光谱强度分布。讨论了光源参数对光谱强度分布的影响。并通过数值模拟详细的分析了光谱强度的分布特征,包括环形阵列中每个空心叶瓣随距离的增加的旋转情况,每个空心叶瓣的旋转方向,环形阵列的层数,每一层上空心叶瓣的个数和每相邻两个空心叶瓣之间的距离。

关键词：部分相干光源光场调控矩形分布扭曲相位周期性阵列

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无掩模光刻的部分相干照明与成像研究

无掩模光刻的部分相干照明与成像研究

作者：梁力文广东工业大学

学位级别：硕士

无掩模光刻机具有灵活高效的特点,已在某些现代电子及光学器件领域成为关键制造设备,例如电路版线路制造、衍射光学元件制造、探测器加工、薄膜导体制造、生物支架制造等。然而,无掩模光刻机中的图像成像器件DMD的黑栅缺陷,是导致成品... 详细信息

无掩模光刻机具有灵活高效的特点,已在某些现代电子及光学器件领域成为关键制造设备,例如电路版线路制造、衍射光学元件制造、探测器加工、薄膜导体制造、生物支架制造等。然而,无掩模光刻机中的图像成像器件DMD的黑栅缺陷,是导致成品质量存在缺陷的一个重要原因。本文从光源出发,探索抑制这种缺陷的可能性。本文着重以无掩模光刻中的步进扫描成像系统为例,说明了部分相干因子对黑栅的像的影响,验证了部分相干成像具有抑制由黑栅引起的成像缺陷的作用。并预测光源调制不仅能抑制由黑栅引起的成像缺陷,而且具有应用于制造任意曲率螺旋器件的潜质。第一章,介绍了光刻技术的分类及工艺流程。第二章,进一步介绍了光刻技术中的无掩模光刻的四种成像方式:点阵列扫描成像,步进扫描成像,三维结构成像和虚拟网格成像。第三章,系统地整理了四种用作描述光刻系统的部分相干成像理论的表达方式,分析了霍普金模型和阿贝模型这两大理论分支的应用优势,得到霍普金的直接离散表达方式和阿贝的TCC(transmission cross-coefficient matrix,传输交叉系数矩阵)表达方式适合于图像作为变量的情况;而霍普金的model expansion(模式分解)表达方式和阿贝的ICC(illumination cross-coefficient matrix,照明交叉系数矩阵)表达方式却适合于光源作为变量的情况。本文随后引入了能够求导的近似阈值模型来描述光与感光物质的相互作用。本章还基于霍普金标量模型,引入了正规化线宽描述目标图像的最小线宽,推导出以部分相干因子作为自变量,以被投影图像形状、图形细节最小宽度、投影物镜的数值孔径和等效光源各频谱分量的比重作为为参数变量的表达形式。第四章,展示了在特定的部分相干因子情况下,部分相干照明成像不仅能抑制栅格效应,同时还能保持较好的成像效果。本文将这个特定的部分相干因子称作在具体正规化线宽下的临界相干因子,随后提取了几个正规化线宽的临界相干因子值,展现了在临界相干因子值时,直线、折线和矩形图形由黑栅引起的成像缺陷已具有被抑制的效果,最后分析了抑制作用与图形形状无关的原因。本文理论上解释了前人通过调节数值孔径成功抑制黑栅效应的原因,并且对比了使用调节数值孔径的抑制方法和使用部分相干成像的抑制方法之间的联系和区别,得出使用部分相干成像的抑制方法具有多一个自由度的结论。

关键词：部分相干成像无掩模光刻部分相干光源数字微镜阵列

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LED弱相干光数字全息研究

LED弱相干光数字全息研究

作者：秦怡暨南大学

学位级别：硕士

数字全息在许多光学领域都被证明是一种非常有用的方法，例如在光学显微、形变分析、物体形貌测量以及粒子的大小与位置测量各个方面都显示出巨大的应用价值。近年来，基于部分相干光源的数字全息技术引起了人们的注意，它通过降低光学... 详细信息

数字全息在许多光学领域都被证明是一种非常有用的方法，例如在光学显微、形变分析、物体形貌测量以及粒子的大小与位置测量各个方面都显示出巨大的应用价值。近年来，基于部分相干光源的数字全息技术引起了人们的注意，它通过降低光学系统中的寄生干涉噪声来提高数字全息的记录和重建质量。因此，本文研究了典型的部分相干光源——发光二极管(LED)的相干性以及基于LED的数字全息技术，本文所做工作是弱相干光数字全息研究中基础性的工作，主要针对弱相干光数字全息中的一些基本问题进行了理论及实验上的分析、研究，具体说来有以下几个部分：1．回顾了全息技术的发展历史，阐述了数字全息术的发展、应用及国内外的研究现状，着重介绍了传统光学全息术及数字全息术的基本原理，数字全息术的特点以及数字全息术中的一些基本问题。2．针对于同轴数字全息，对记录和重建的算法都进行了详细的研究。使用MATLAB软件，编写了相关的程序，对于同轴相移数字全息进行了模拟。3．应用部分相干理论进行了分析，指出了影响光源时间相干性和空间相干性的因素，并在此基础上研究了实验所使用的发光二极管(LED)的时间和空间相干性。4．从理论和实验上分别研究了基于LED光源的数字全息技术。首先研究了所用数字全息系统中的互强度的传播，然后得到了一个描述部分相干光源对全息图和重建结果影响的简单公式，相应的实验结果证实了理论研究的正确性。5．提出了一种新的方法来评价重建物光波相位的精确程度，这个方法是通过研究被CCD记录下来的全息图强度和由数字重建出来的全息图强度之间的相关系数来实现。这个方法能使我们在评价重建质量的同时，找出基于LED光源的数字全息中质量最高、最接近物体真实相位分布的重建图像。

关键词：全息数字全息部分相干光源菲涅耳衍射傅立叶变换

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谢尔模型阵列光束的远场调控特性

谢尔模型阵列光束的远场调控特性

作者：郑思敏四川师范大学

学位级别：硕士

在统计光学领域,谢尔模型光源是一种常见的光源,其任意两点之间的光谱相干度只由其位置矢量之间的差值决定。众所周知,关联函数的结构会影响光场光谱强度的分布情况。因此,研究者通过设计不同关联函数结构得到了各种类型的部分相干光束... 详细信息

在统计光学领域,谢尔模型光源是一种常见的光源,其任意两点之间的光谱相干度只由其位置矢量之间的差值决定。众所周知,关联函数的结构会影响光场光谱强度的分布情况。因此,研究者通过设计不同关联函数结构得到了各种类型的部分相干光束,例如,平顶分布、矩形分布、阵列分布等等。这些研究是光束传输与光场调控的一个重要问题,在光子光刻、粒子捕获以及通信等方面具有重要的意义。另一方面,扭曲相位的存在可以使部分相干光束沿着传播轴逐渐旋转,这为光场调控提供了更大的自由度。由于具有旋转特性的光束在光束整形、光学成像等领域表现出独特的优势,因此扭曲相位吸引了大量研究人员的注意。本论文主要讨论了三种谢尔模型阵列光源,研究了其传输光学特性。此外,还讨论了光源的结构参数对光场光谱强度分布特性的影响。本文的主要内容是:一、讨论了一种能产生环形扭曲阵列光束的部分相干光源,研究了其光场的光谱强度和光谱相干度的分布特征。结果表明光谱强度和光谱相干度都会沿着传播轴逐渐旋转,但它们的旋转方向相反。此外,通过调节光源的结构参数,可以很好地控制环形阵列的分布特性,包括环的数目、每个环的叶瓣数目和相邻叶瓣之间的距离。二、讨论了一种能产生环形空心阵列远场的部分相干光源,研究了这种光源产生的远场光谱强度的分布特征。结果表明远场光谱强度,包括每个叶瓣空心的大小,相邻叶瓣之间的距离,每个叶瓣的朝向以及叶瓣的数量,都可以通过调节光源相应的结构参数来得到有效地控制。三、讨论了一种能产生旋转各向异性高斯阵列分布的部分相干光源,推导了光源在传播过程中的交叉谱密度函数表达式,研究了其光场的光谱强度和光谱相干度的分布特征。结果表明阵列中各叶瓣的光谱强度和光谱相干度均可沿传播轴发生90度以上的旋转。此外,通过改变光源的结构参数可以调控高斯阵列的光谱强度分布,包括列数、行数和阵列中相邻叶瓣之间的距离。这一结果为更加灵活调节阵列光束的扭曲程度提供了一种有效的方法。

关键词：部分相干光源高斯谢尔模型阵列光束扭曲相位光场调控

基于离散腔长变换的蓝宝石晶体高温传感器解调研究与改进

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基于离散腔长变换的蓝宝石晶体高温传感器解调研究与改进