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 光电工程学院,陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室,西安 710021
2 中国兵器科学院宁波分院,浙江 宁波 310022
为提高数字全息显微系统的重建效果,将凸集投影算法应用于数字全息中,以实现数字全息的超分辨重建.首先,在数字全息和凸集投影法的理论基础上,搭建透射式离轴数字全息显微实验光路.然后,利用分辨率板验证凸集投影法在全息图超分辨率复原中的有效性.最后,通过微透镜阵列验证该方法在三维重建中的可行性.将参考全息图的三维重建结果,分别与低分辨率全息图和超分辨率复原全息图的重建结果进行残差估计.结果表明,后者残差的峰谷值和均方根值相比前者分别降低了36.88%和70.66%,证明该方法能够实现数字全息的超分辨重建.
光学测量 数字全息 凸集投影 角谱法 超分辨技术 Optical testing Digital holography Project onto convex set Angular spectrum Super resolution algorithm 光子学报
2019, 48(10): 1009001
1 Department of Electrical Electronic and Computer Engineering The University of Western Australia, Perth WA 6009, Australia
2 北京理工大学 光电学院， 北京 100081
利用包括低轨卫星星座及同步轨道卫星等无线通信空中平台所发出的微波信号，提出一种基于飞行物体对微波的遮挡效应进行飞行物体监测的方法。如何定量分析遮挡效应是这种新方法需要解决的一个关键问题。由于微波衍射和光衍射本质上是相同的，提出利用光学分析的方法来解决这一问题。通过将整个微波链路系统用一个简化的光学系统来描述，用角谱法计算并分析了飞行物体相对于微波传播路线的移动速度、飞行物体高度等参数对接收机接收的微波强度的影响，为进一步研究这种新的监测方法奠定了基础。
角谱法 低轨卫星通信 衍射 地球同步轨道卫星 飞行物体的检测、识别和跟踪 angular spectrum method low earth orbit satellite communications diffraction geosynchronous orbit satellite detection identification and tracking of flying objects
1 西安电子科技大学物理与光电工程学院, 陕西 西安 710071
2 中国空空导弹研究院, 河南 洛阳 471009
基于非傍轴矢量光束传输理论, 研究了拉盖尔高斯光束的远场特性。运用角谱衍射公式以及稳相法, 得到了初始为线偏振态的拉盖尔高斯光束传输一段距离后的矢量电场分布的解析表示式。数值计算了初始为x方向偏振的拉盖尔高斯光束沿z轴传播时各方向的电场分量及等相面空间分布。结果表明, 传输一段距离后, 出现了平行于传播方向的电场分量, 其强度分布呈双峰结构, 且其值远小于垂直电场方向的分量值; 随着拓扑荷数的增加, 该平行分量增加, 光斑发散程度也相应增强。该光束等相面呈螺旋状分布。
光通信 拉盖尔高斯光束 非傍轴矢量光束传输 角谱法 光场分布
1 暨南大学 光电工程系, 广东 广州 510632
2 暨南大学 光电信息与传感技术广东普通高校重点实验室, 广东 广州 510632
测量侧边抛磨光纤(side-polished fiber, SPF)的包层剩余厚度对其应用有重要的指导意义, 现今的测量方法均有所不足, 现提出一种基于数字全息技术的测量方法。利用单模光纤纤芯折射率比包层折射率高的特点, 基于数字全息成像技术, 通过角谱传播法对二维全息图进行相位重构, 并通过精确最小二乘法解相位包裹, 得到侧边抛磨光纤的相位分布图。根据重构的相位分布图, 进一步运用相关的边缘提取算法处理得到侧边抛磨光纤包层剩余厚度。实验测量结果与电子扫描电镜(SEM)测量结果相比, 测量相对误差小于0.5%。这种测量方法是一种直接测量方法, 减小了间接测量法中由于光纤不对称以及SPF轮廓边缘衍射所带来的测量误差, 为侧边抛磨光纤包层剩余厚度的无损、在线测量提供了一种新的途径。同时, 此方法还可应用于测量其他特种光纤, 例如光子晶体光纤、微纳光纤等。
相干光学 包层剩余厚度 数字全息技术 侧边抛磨光纤 角谱法 相位分布图 coherence optics cladding thickness digital holography side-polished fiber angular spectrum algorithm phase distribution
1 正弦高斯涡旋光束的远场传输特性
2 宜宾学院 计算物理重点实验室，四川 宜宾 644000
根据角谱法和稳相法，推导了正弦高斯涡旋光束TE波和TM波在远场传输和能流密度的解析表达式，研究了正弦高斯涡旋光束在远场中的相位奇点和能流密度分布.结果表明:正弦高斯涡旋光束的远场特性与高斯光束的束腰宽度、涡旋离轴量、坐标位置以及与正弦项相关的参量有关.在一定条件下，远场中会出现相位奇点和能流密度黑核；当控制参量改变时，相位奇点和黑核的位置会发生移动，但原点处不受影响.相位奇点和能流密度的对称性主要受涡旋离轴量影响，当涡旋离轴量为0时，相位奇点和能流密度分布关于原点对称；当涡旋离轴量改变时，相位奇点和能流密度分布呈现出非对称性.
激光光学 奇点光学 正弦高斯涡旋光束 角谱法 稳相法 相位奇点 能流密度分布 Laser optics Singular optics SinGaussian vortex beam Angular spectrum Stationary phase Phase singularity Energy flux distribution
1 电子科技大学电子工程学院, 四川 成都 611731
2 光电信息控制和安全技术重点实验室, 河北 三河 065201
在液晶相控阵中，由于电压量化、边缘效应、液晶器件制造工艺等因素的影响，导致实际的波前相位面与理想的波阵面存在误差。因此，在应用中要依据实际出射相位与理想出射相位的偏差，反复地修正加载电压，对入射激光波前进行相位调制，以此来满足视场域内波束扫描的需要，这也是液晶相控阵波束控制技术研究的关键问题。为解决上述问题，提出了一种波前相位恢复算法。该算法利用三个输出面的幅度信息迭代计算出波前相位分布，相比只用两个输出面幅度信息的相位恢复算法，该算法具有较高的精确度。同时，该算法利用角谱理论处理输出面的光场传播过程，使得所得到的恢复结果更加精确。仿真实验进一步表明，这种算法在精确度、效率上同时具有优势。
光计算 液晶相控阵 相位恢复 迭代算法 角谱法 衍射
泸州医学院 生物医学工程系， 四川 泸州 646000
基于角谱法和稳相法，推导出了空心高斯涡旋光束的TE波和TM波在自由空间远场传输和能流密度的解析表达式，研究了其相位奇点和能流密度分布。结果表明，空心高斯涡旋光束的远场特性主要跟控制参数有关。改变光束中的涡旋离轴量，光涡旋和能流密度黑核会发生移动。圆刃型位错线的半径和能流密度暗环位置跟束腰宽度有关，而能流密度的对称性主要受涡旋离轴量的影响。
空心高斯涡旋光束 角谱法 相位奇点 能流密度 黑核 hollow Gaussian vortex beams angular spectrum phase singularity energy flux distribution black nucleus 强激光与粒子束
2013, 25(10): 2571
为了进一步研究计算全息3维显示的方法，以数字微镜器件为空间光调制器，采用层析法，结合菲涅耳衍射积分算法中的角谱法，探讨了全息图的计算与数字微镜器件参量之间的关系，并利用修正立轴参考光编码的方式，得到了菲涅耳计算全息图。通过对计算全息图进行数值模拟及实验验证，均得到了较好的再现像。结果表明，该方法实现了3维物体的再现，为计算全息3维显示提供了一种有效的方法。
信息光学 3维显示 角谱法 数字微镜器件 information optics 3-D displaying angular spectral method digital micro-mirror device
