北京理工大学光电学院北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心,北京 100081
融合几何光学的蒙日-安培方程方法和物理光学的迭代角谱算法,提出了一种复合型相位恢复方法。针对迭代角谱算法高度依赖初始值的问题,将蒙日-安培方程的解作为迭代初值,该初值通常比光强传输方程的解更准确。采用传统迭代角谱算法与混合输入输出算法的交替迭代策略,以避免算法过早陷入局部最优和迭代停滞。通过数值计算与仿真验证了所提复合型算法的优越性。
相位测量 相位恢复 蒙日-安培方程 迭代角谱算法 光强传输方程 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0512004
季华实验室光电科学与技术研究部,广东 佛山 528200
针对角谱法在远距离衍射计算时的失真问题,分析其原因为有效频谱成分减少和频谱混叠造成的计算误差。结合带限角谱法的频域采样特性,对缩放角谱法进行了改进,并应用于大尺寸方形长焦透镜、圆形轴锥透镜和平顶光束衍射光学元件的衍射场分布计算。结果表明,相较于原始的带限角谱法和缩放角谱法,改进算法获得的衍射场分辨率更高且不存在边缘失真现象,在大尺寸口径、长距离、小衍射场精确计算方面具有重要的应用潜力。
衍射 角谱法 失真 带限角谱法 缩放角谱法 激光与光电子学进展
2023, 60(23): 2307001
1 西安工业大学陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室,陕西 西安 710021
2 中国兵器科学院宁波分院,浙江 宁波 310022
针对散射法在检测光学元件表面划痕时只能得到其光场分布而无法直接得到划痕深度信息的问题,将角谱迭代算法、光强传输方程(TIE)和角谱迭代结合的算法应用到光学元件表面划痕深度检测中。首先,采集光学元件表面的光场分布,分别利用两种重建算法得到表面划痕的相位分布,通过表面划痕对相位的调制特性计算出划痕深度;然后,从强度误差、相关系数及相对均方根误差来对两种算法的有效性进行评价;最后,通过实验验证了光学元件表面划痕深度重建结果的准确性。结果表明,与角谱迭代算法相比,TIE和角谱迭代相结合的算法重建划痕深度的相对误差更小,重建效果更好,重建精度更高。
测量 散射法 散射分布 划痕深度 相位重建 角谱迭代算法 光强传输方程 光学学报
2023, 43(14): 1412002
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院,江苏 南京 210094
2 南京理工大学先进固体激光工信部重点实验室,江苏 南京 210094
激光光束质量因子的动态测量对激光器的设计、制造与应用均具有重要意义。本文提出了一种基于远场同轴全息的光纤激光器光束质量因子动态测量方法。通过偏振移相同轴全息技术直接获取待测激光的远场复振幅信息,利用角谱传输及透镜变换理论求解激光在自由空间中的光场强度分布,从而实现因子的动态测量。实验搭建了远场同轴全息装置,测量了不同纤芯直径光纤在632.8 nm 波长下的激光光束质量,其结果与BEAM SQUARED商用光束质量仪的测量结果一致。本文所提方法仅需0.02 s即可实现光纤激光的因子测量,比商用光束质量仪的测量速度提高了两个数量级以上。此外,本装置结构紧凑,能够避免透镜引入的装调及加工误差。
光纤光学与光通信 光束质量M2因子 同轴移相干涉 角谱传输 透镜变换 光学学报
2023, 43(14): 1406001
深圳大学物理与光电工程学院,教育部/广东省光电子器件与系统重点实验室,广东 深圳 518060
贝塞尔光束在生物组织中的传输易受到样品散射的影响,从而削弱其自重建能力。本文将生物组织建模为折射率弱波动的湍流模型,在弱散射近似下,结合角谱理论及逐步传输算法对贝塞尔光束在生物组织中的传输及自重建过程进行了理论模拟。利用空间光调制器加载涡旋光束相位和轴棱锥相位的叠加相位全息图来调制高斯光束,以产生可调控的贝塞尔光束。结果表明:贝塞尔光束经过生物组织的相位扰动后,重建光束的无衍射距离大大缩短,光强远低于原光束,且生物组织越厚,重建光束的光强越低;轴棱锥的锥角决定了重建贝塞尔光束的中心亮斑或最内环形旁瓣的尺寸,但对重建贝塞尔光束无衍射距离的影响不大;同时,低阶贝塞尔光束展现出了更好的自重建能力。
医用光学 贝塞尔光束 湍流模型 角谱理论 空间光调制器
深圳大学物理与光电工程学院教育部/广东省光电子器件与系统重点实验室,广东 深圳 518060
贝塞尔光束具有无衍射、自重建等特性,在光镊、生物成像等领域具有重要的应用价值。基于角谱理论,分析了贝塞尔光束被障碍物遮挡后的自重建行为,提出利用互相关系数来表征贝塞尔重建光束和原光束截面光强分布的相似性,从而在理论模拟中确定恢复距离,并得到障碍物不同参数对贝塞尔光束自重建的影响。理论模拟结果表明,恢复距离和障碍物大小并非简单的线性关系,障碍物只有在阻挡更多的光束旁瓣时,恢复距离才会增加,而且离轴障碍物比轴上障碍物需要更长的恢复距离;对于轴上障碍物而言,当其尺寸小于高阶贝塞尔光束的中空区域时,高阶贝塞尔光束有着更强的自愈能力。同时进行了实验验证,利用空间光调制器产生可调控的贝塞尔光束用于验证仿真结果,实验结果与仿真结果吻合,说明基于角谱理论的互相关系数法可以用于精准验证贝塞尔光束的自重建特性。
医用光学与生物技术 贝塞尔光束 自重建 角谱理论 空间光调制器 激光与光电子学进展
2022, 59(6): 0617021
安徽工程大学高端装备先进感知与智能控制教育部重点实验室,安徽 芜湖 241000
传统的纯相位全息成像方法,大多数依赖于高强度的迭代,耗费时间长,成像质量不高,针对此问题,提出了一种深度学习与分层角谱结合的纯相位全息图生成算法,在快速生成全息图的同时提高了全息图再现质量。通过LeNet网络结构预测三维物体的复振幅信息,降低了计算量,采用精确的角谱算法生成三维物体的高质量纯相位全息图。通过仿真实验证明该算法的可行性,并有效提高了重建图像的质量。
全息 深度学习 分层角谱 纯相位全息图 三维显示 激光与光电子学进展
2022, 59(4): 0409001
红外与激光工程
2020, 49(10): 20200017