昆明理工大学 理学院 激光研究所, 昆明 650500
为了在衍射光学元件设计中提高再现像光强分布均匀性, 改善成像质量, 利用光场传播过程中一定存在泄漏的现象, 为目标图像增加了混合型振幅自由度,优化了设计算法, 并设计了傅里叶变换型衍射光学元件, 验证了方法的有效性。结果表明,增加振幅自由度后设计的元件的再现像光强不均匀性从14%左右降到了1%以下, 均方误差从10%左右降到了0.1%以下。该方法对Gerchberg & Saxton(GS)算法和模拟退火算法均适用。
衍射 衍射光学元件 振幅自由度 均匀性 diffraction diffractive optical element amplitude degree of freedom uniformity
昆明理工大学激光信息处理技术与应用重点实验室, 云南 昆明 650500
针对几何映射理论不考虑衍射效应,无法得到精确的输出光束,且输出光束存在严重振铃效应的问题,提出一种设计衍射光学元件的新算法。设置一个用于反映衍射效应的参量,通过迭代的方法确定该参量的最佳取值,再用改进的Gerchberg-Saxton(GS)算法对初始相位进行修正,最终得到所需衍射光学元件的相位分布。该算法与传统GS算法相比,能有效抑制散斑和振铃效应,得到均匀性更好的输出光束。
衍射 激光束整形 Gerchberg-Saxton算法 几何映射理论 散斑抑制 光学学报
2019, 39(11): 1105003
1 昆明理工大学 理学院, 昆明 650500
2 河北工程大学 理学院, 邯郸 056038
为了提高衍射远场显微成像的分辨率, 采用一种振幅透过率随半径呈幂函数分布的光瞳滤波器进行了理论分析和数值模拟。通过在光路中加入幂函数分布的振幅型光瞳滤波器, 利用标量衍射理论推导出夫琅禾费衍射分布的计算公式; 通过MATLAB软件给出衍射图样, 对比衍射分布的主瓣宽度。结果表明,当幂次数为3时, 模拟仿真的衍射分布斯特雷尔比为0.16, 最大旁瓣强度比为0.1, 分辨参量为0.76, 分辨率提高倍数为1.3;随着振幅透过率幂次数的增加, 主瓣宽度依次减小; 同时也伴随着主瓣强度降低和旁瓣强度增大的缺点。这一研究对于远场光学显微镜实现超分辨成像是有帮助的。
显微 光瞳滤波器 衍射分布 主瓣宽度 斯特雷尔比 超分辨 microscopy optical pupil filter diffraction intensity distribution main lobe width Strehl ratio super-resolution
昆明理工大学 理学院 激光研究所, 昆明 650500
散斑照相计算面内位移时, 传统算法直接使用散斑图傅里叶变换的功率谱信息, 最小可检测位移量会受到散斑尺寸的限制。为了解决这一问题, 采用基于傅里叶变换相位信息的新算法进行了理论分析, 证明了新方法中最小和最大可检测位移量取决于所用光电转换器件(如CCD或CMOS)的像元间距和光敏面大小, 与散斑尺寸无关。结果表明, 该方法的测量范围最小可达2pixel间距, 最大可达光电转换器件光敏面宽度的一半。实验测量与理论值吻合。
傅里叶光学 散斑计量 相位法 散斑照相 面内位移 Fourier optics speckle metrology phase method speckle photography in-plane displacement
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为了解决常见结构光管道内3维形貌检测系统存在光线遮挡引起测量误差和“盲区”的问题, 采用了一种新改进的圆结构光垂直照明、用两个互补金属氧化物半导体摄像机同步拍摄的管道内3维形貌检测系统, 建立了适合该系统的图像处理和系统标定方法, 完成了检测实验。结果表明, 该系统可以很好地解决“盲区”问题, 减小了测量误差, 系统的标准差为0.50mm, 并能得到完整的管道内壁3维形貌信息。
测量与计量 3维形貌检测 圆结构光 系统标定 measurement and metrology 3-D shape inspection circle structured light system calibration
昆明理工大学理学院激光研究所, 云南 昆明 650500
可控放大率物光场重建算法可以有效利用数字全息图的空间带宽积，但同时会引入相位畸变。通过研究现有各种可控放大率物光场重建算法，导出了畸变相位的数学表达式。结果表明：无论对菲涅耳全息还是无透镜傅里叶变换全息，如果将“+1”级或“-1”级物光场放大，则重建物光场上都会叠加有一个由球面波产生的二次相位畸变，且“+1”级与“-1”级物光场所叠加的球面波相为共轭复数。如果将该球面波波长折算为记录全息图时的光波长，则球面光波半径相同，完全取决于放大率和物距，与算法无关。
全息 物光场重建 可控放大率 相位畸变 激光与光电子学进展
2015, 52(5): 050901
昆明理工大学 理学院 激光研究所, 昆明 650500
同轴全息术得到的相位通常都有弯曲和畸变, 且0级和±1级再现像相互重叠, 使得以往在离轴全息中常用的相位补偿处理技术在同轴菲涅耳全息中效果不佳。为了解决该问题, 采用一种仅需拍摄一幅同轴菲涅耳数字全息图, 对该全息图做必要处理得到另一幅全息图, 通过将两幅全息图的衍射再现光场相减消除相位弯曲, 以及0级像和矩孔衍射对相位的影响, 从而提取待求光场相位近似值的方法, 进行了相应的理论推导和实验验证。结果表明, 该算法相较以往使用的相位掩膜方法能够得到更好的结果。
全息 同轴菲涅耳全息 数字全息图 相位提取 算法 holography in-line Fresnel holography digital hologram phase retrieve method
昆明理工大学 理学院 激光研究所，昆明 650500
为了提取所需的相位信息，克服噪声、断点以及欠采样等不利因素的影响，针对采样问题出现的根本原因(采样频率过低、图像条纹密度过高)，在处理欠采样问题时采用基于分割缩放原理的相位解包裹算法，对密度过高的干涉条纹通过插值放大后再进行解包裹运算。在理论分析的基础上给出了具体的相位解包裹算法，模拟计算和实验验证都表明了该算法的可行性。结果表明，该算法对有欠采样相位的解包裹能取得不错的效果。
全息 相位解包裹 分割缩放 欠采样 holography phase unwrapping segmentation and zooming undersampling
昆明理工大学 理学院 激光研究所，昆明 650500
基于投影栅的3维面形测量中，包裹相位的提取过程中不可避免地会引入载频分量。为了准确地还原受物体3维形貌所调制的真实相位，必须要消除载频相位，采用剪切原理消除投影栅中的载频，首先通过对光场作剪切转化为相位梯度分布的新光场，再联合最小二乘解包裹算法进行相位展开，并与现有的方法进行了对比。结果表明，该方法能够有效地消除载频，减小重建误差，且其算法简单，可使重构相位值更接近待测的真实相位值。该方法在投影栅去载频的研究中是可行和有效的。
信息光学 3维测量 结构光投影 消除载频 剪切原理 information optics 3-D measurement structured light projection carrier removal shearing principle
昆明理工大学 理学院 激光研究所, 昆明 650500
为了得到所需的相位信息, 必须克服噪声、条纹断裂及欠采样等各类不利因素的影响, 针对该问题, 在处理严重欠采样问题时采用了径向剪切的原理, 由包裹相位构建出初始的光场, 并对该光场进行多次数字缩放, 计算它们之间的相位差, 将一个困难的问题分解为多个较为简单的问题进行处理, 从而得到需要的解包裹相位。在理论分析的基础上给出了具体的相位解包裹算法, 模拟计算和实验都表明了该方法的可行性。结果表明, 该方法能较好地处理严重欠采样问题, 相比传统的解包裹算法适用性更广。
全息 相位解包裹 径向剪切 最小二乘 算法 holography phase unwrapping radial shearing least-square algorithm
