武汉理工大学 理学院 物理系, 武汉 430070
为了设计制造新型的位相延迟器, 利用1维光子晶体的特性, 在折射率为1.52的玻璃上, 镀制了由硫化锌(ZnS)与冰晶石(Na3AlF6)构成的多周期二次元一维光子晶体,进行了数值模拟计算及理论分析。结果表明, 在带隙范围内, 1维光子晶体的等效折射率是虚等效折射率;在斜入射时, 带隙内的p光和s光的反射光各自位相增加, 出现位相延迟, 其偏振态发生改变, 由线偏振光变为椭圆(圆)偏振光;在发生全反射时, 光疏媒质的等效折射率是虚等效折射率;反射光出现位相增加, 产生位相延迟, 其偏振态发生改变, 由线偏振光变为椭圆(圆)偏振光。该延迟器可以改变光的传播方向, 改变偏振态的位相, 克服了薄膜λ/4波片的缺陷。
物理光学 位相延迟器 全反射 虚折射率 光子晶体 带隙 physical optics phase retardation total reflection imaginary refractive index photonic crystal band gap
1 哈尔滨理工大学 黑龙江省量子调控重点实验室大珩协同创新中心，黑龙江 哈尔滨 150080
2 河北工业大学 先进激光技术研究中心，天津 300401
几何相位平面光学元件由于高效、紧凑及易集成等优点已被广泛用于光场空间结构调控。但以q-plate为代表的此类元件只提供自旋相关的波前控制能力，振幅调控能力的缺失导致无法利用光场的全部空间维度，严重阻碍了相关领域研究的进一步深化。笔者团队在国家自然科学基金等项目资助下，以液晶人工微结构中的几何相位为物理基础设计并论证一系列新型几何相位元件，解锁了平面光学技术对近轴结构光场的全维度调控能力，为高维经典及量子信息等需要依托光场调控技术的实验研究提供了重要工具。
几何位相 液晶 平面光学 光场调控 geometric phase liquid crystal flat optics light field shaping 红外与激光工程
2023, 52(8): 20230396
强激光与粒子束
2023, 35(3): 032001
1 1.长春理工大学 中山研究院，广东 中山 528437
2 中国科学院西安光学精密机械研究所，陕西 西安 710119
偏振和位相调控分光膜是自由空间量子通信系统中不可缺少的光学元件，其性能直接影响通信质量，决定通信误码率。基于等效层设计理论，采用“介质+金属+介质”的特殊膜系结构，选用Ag金属和SiO2、Al2O3、Ta2O5三种介质膜料作为镀膜材料，实现石英衬底45°入射时，1500~1600 nm波段消偏振平均透射/反射比为8.5:91.5，在1530、1540、1550、1560 nm控制位相的分光膜。采用电子束蒸发离子辅助沉积技术，优化沉积工艺，制备了分光膜样品。检测结果表明：在45°入射条件下，1500~1600 nm波段光谱平均透射/反射比为8.53:91.47，在1530、1540、1550、1560 nm处透射光位相差控制在5.02°以内，反射光位相差控制在8.05°以内，满足通信系统分光比及位相控制的要求。此外，该分光膜通过了相应的环境试验测试，满足可靠性要求。
光学薄膜 分光膜 消偏振 位相 等效层 optical thin film beam splitter elimination polarization phase equivalent layer 红外与激光工程
2022, 51(5): 20210512
中国工程物理研究院激光聚变中心，四川 绵阳 621900
在大型激光系统的运行过程中，为了对相位畸变导致的焦斑分布不均匀进行改善，在光路通常会使用连续位相板(CPP) 来进行远场束匀滑。根据CPP 面型的随机特性，利用统计的方法对位相板与畸变波前相位的叠加特性进行了计算，系统研究了连续位相板对光束波前分布实现控制的机理。从CPP面形的概率密度与远场直方图之间的关系出发，推导了畸变波前通过CPP 后远场光强分布的表达式，从理论上解释了这种束匀滑器件的工作原理及特性。通过数值模拟计算了不同畸变光束经过CPP后的远场直方图，对结果进行比较并分析了不同面型特性对最终束匀滑效果的影响。结果证明：位相板能在焦斑光强上起到卷积滤波的作用，从而实现光束匀滑效果。从原理上解释了CPP 在具有小相关长度时具有更高匀滑效果这一特性，为实际面型设计和优化提供理论基础。另外，应用统计几何光学方法进行分析，可有效降低波前叠加分析的难度。
连续位相板 统计特性 相位叠加 束匀滑 continuous phase plate statistics character phase additive beam smoothing 红外与激光工程
2020, 49(9): 20190515
上海大学 机电工程与自动化学院，上海 200444
在条纹投射技术中，投影机光强非线性是影响测量精度的关键因素之一。投影机非线性会在条纹信号中引入高阶谐波，从而导致位相测量结果中出现波纹状误差。投影机非线性的自适应校正方法，也即自校正方法，可以从测量数据中直接估计投影机输入输出光强曲线或位相误差函数，从而避免了繁琐的前标定过程，并因此在应用中具备很强的适应性。文中拟对投影机非线性自校正算法的研究进展作一个系统性的概述。这些方法中，其一，是从采集的条纹图像中利用迭代拟合算法直接估计投影机的非线性曲线，并依据其校正位相误差；其二，是从单幅测量位相图中识别并移除由非线性引起的位相误差；其三，是利用两幅不同频率的测量位相图估计误差系数，并补偿其影响。实际测量结果表明：上述自校正方法，在无需标定数据条件下，可以有效地解决投影机非线性误差问题，有助于提高条纹投射技术的测量精度。
投影机非线性 条纹投射 位相测量 projector nonlinearity fringe projection phase measurement 红外与激光工程
2020, 49(3): 0303009
1 长春理工大学 空间光电技术国家地方联合工程研究中心, 吉林 长春 130022
2 长春理工大学 光电工程学院, 吉林 长春 130022
3 长春理工大学 空地激光通信技术重点学科实验室, 吉林 长春 130022
4 长春理工大学 空间光电技术吉林省重点实验室, 吉林 长春 130022
针对大口径光学系统中像差影响超分辨效果的问题,开展泽尼克波前像差对望远超分辨成像系统性能和超分辨局部视场影响的研究。设计四区型位相光瞳滤波器, 在理想光学系统出瞳处分别加入离焦、像散、彗差和球差像差, 逐渐增加幅值, 通过分析不同类别和幅度的波前像差下焦面光强分布变化, 研究超分辨成像性能和局部视场对不同种类像差的容忍程度。结果表明, 离焦可以抑制超分辨旁瓣能量, 提高超分辨倍率, 但对局部视场影响较大; 球差可以抑制超分辨旁瓣能量,增大局部视场; 像散和彗差使光斑圆对称性明显下降, 其中像散对局部视场的影响较为明显; 同时加入适量离焦和球差时, 超分辨旁瓣能量下降, 超分辨倍率提高, 且不影响系统局部视场。据此设计了一个F数为10, 焦距为12 m的大口径光学系统, 通过合理优化球差和离焦剩余量, 实现了超分辨倍率由1.21倍到1.31倍的提升, 最大旁瓣峰值由0.33下降到0.30, 局部视场为38.28 μm。
光学系统 超分辨成像 位相型光瞳滤波器 泽尼克像差 局部视场 optical system super-resolution imaging phase-type pupil filter Zernike aberration local field of view
1 西安邮电大学 通信与信息工程学院,西安 710121
2 西北工业大学 电子与信息学院,西安 710072
3 西安电子科技大学 综合业务网国家重点实验室,西安 710071
在噪声信道上进行量子隐形传态的过程中,量子Cluster态(即团簇态)会发生消相干现象,造成隐形传态传输质量下降甚至传送信息失败。为克服该影响,本文提出了一种利用部分测量进行补偿优化的方法。首先分析了在五粒子团簇态所形成的量子信道上进行受控量子隐形传态的过程,然后推导了不同测量基下的量子坍塌态,最后成功接收发送方传送的信息。接下来,我们分析了在不同噪声信道上进行隐形传态对其性能的影响,并且依据部分测量的补偿机理提出保真度补偿的纠缠优化方法。仿真结果表明,相比于仅进行弱测量的纠缠补偿方法,本文使用的部分测量的方法可以实现更高的量子隐形传态保真度,此结论对提高噪声环境下的量子隐形传态保真度性能具有一定参考意义。
团簇态 量子隐形传态 位相阻尼信道 幅值阻尼信道 部分测量 保真度 cluster state quantum teleportation phase damped channel amplitude damped channel partial measurement fidelity
针对位相展开时出现的“拉线”现象, 提出了一种基于三次样条插值算法以重建展开相位的拉线处理方法。在位相测量轮廓术中, 需要使用相位展开算法对获得的连续相位, 受位相展开区域极点和截断线的影响, 导致位相展开后模型出现“拉线”现象, 采用基于三次样条插值法对“拉线”处的数据进行重构和预测, 从而消除“拉线”现象。实验中, 通过对“螃蟹”物体进行位相展开验证了该方法的有效性, 表明该方法能够有效处理“拉线现象”, 使得后续三维重建工作的精确性和可靠性得到提高。
三次样条插值 位相展开 三维重建 位相测量轮廓术 cubic spline interpolation phase unwrapping three-dimensional reconstruction phase measurement profilometry
