分布式光纤传感系统相位还原的色散特性

在强度调制型光纤传感系统中,光脉冲的传播会受色散的影响而产生展宽效应.为了研究色散对相位调制型光纤传感系统相位传输特性的影响,本文对该系统获得的相位信号受色散的影响进行研究评估.该研究是基于宽光谱白光光源Sagnac结构的分布式光纤传感系统,分别使用正弦信号和脉冲信号对在不同长度传感光纤里传输的光进行相位调制,并还原出相应的相位调制信号;作为对比,在另一强度调制型光纤传感系统中,用相同参数的脉冲信号对在不同长度传感光纤里传输的光进行强度调制.结果显示,在强度调制型光纤传感系统中获得的脉冲信号会发生明显的展宽,但在相位调制型光纤传感系统中还原出的相位调制信号脉宽展宽明显小于强度调制型系统.     

厄米-高斯光束倾斜入射类透镜介质的近轴传输

将描述光在类透镜介质中传播的Helmholtz方程化为具有线性谐振子势的Schr dinger方程形式,借助于量子力学中的"含时"么正变换技术,解析求解光束倾斜入射到类透镜介质中传输时的场分布,得到场传输的传播核因子,研究任意倾斜入射光束位形的传输问题,并对厄米 高斯光束的传输进行计算.研究结果表明:厄米 高斯光束倾斜入射进类透镜介质束宽度的演变与光束正入射的情况一样,随传输距离作周期性变化,但因光束倾斜入射,厄米 高斯光束的传输出现了新效应,即光强分布中心不再沿直线,传播方向也不断变化,出现与横坐标相关的附加局域相因子.     

提高结构光三维形貌测量精度的分段拟合滤波方法

在基于结构光的三维形貌测量法中,物体高度调制后的变形结构光场经过成像系统成像,由测量系统获取,并通过滤波,相位测量和解相位恢复出物体的高度信息.其中滤波是提高测量精度的重要环节.本文通过计算机模拟及数据对比证实,在相位测量轮廓术的基础上采用分段拟合滤波滤除噪声的有效性和实用性,并对分段拟合滤波的计算精度和计算误差进行实验模拟分析.     

基于高阶强度传输方程改进的相位物体层析重建算法

经典的层析成像方法通常只考虑物体的强度重建,往往丢失了包含物体更多信息的相位。强度传输方程作为一种经典的相位恢复算法,能够直接从强度反演出相位。文中提出了一种能够层析重建物体相位信息的新算法,该算法在高阶强度传输方程的基础上进行改进,通过将高阶强度传输方程求解得到的初始相位值代入多平面迭代来降低系统误差,恢复出具有更高精度的相位结果,再经过滤波反投影重建物体的三维相位信息,在反投影重建过程中加入了旋转中心校正的步骤以使重建结果更为精确。实验结果表明,该算法在解决由于强度微分近似约束造成的相位精度低问题的同时,可以获得高精度的物体三维相位重建结果。     

四波混频中与强度有关的相位失配量及其影响

从包括自相位调制和互相位调制相项的薛定谔方程出发,推导了四波混频中与强度有关的相位失配量,并由此得到四波混频光功率和四波混频效率.然后用数值模拟方法分析了受自相位调制和互相位调制影响四波混频光功率与信道功率、信道间隔的关系,研究结果表明用与强度有关的相位失配量计算四波混频光功率和效率更有效,可为设计波分复用光纤通信系统提供理论上的参考.     

突破望远镜口径限制的一种高分辨率成像方法

将数个小口径望远镜对准观测目标,测量两两小口径望远镜之间相干强度的大小和相位,只要得到足够数目的相干强度值.就可以借助傅里叶逆变换来得到观测目标的图像,所得图像的分辨率大大高于单口径望远镜的分辨率.光综合孔径成像原理及实现过程可以用图示法清楚地表示出来.图3,参6.     

SBS抑制技术对长距离CATV传输的CSO的影响

在EDFA级联放大的长距离CATV系统中,常采用附加相位调制法来抑制光纤中非线性SBS效应,从理论上研究了附加相位调制法在长距离1 550 nm波长对CATV系统CSO的影响.该文采用微扰迭代法求解薛定谔方程推导得出的采用附加相位调制后的系统CSO解析表达.通过对理论研究结果的仿真分析,发现通过调节附加相位调制度或改变相位调制频率,可以在很大程度上改善系统的CSO性能,实现超长距离CATV传输.     

实验实现光学量子棘轮（英文）

粒子在外势场中的演化可以用薛定谔方程描述.研究发现可以用光场的相位调制模拟粒子的外势场,只要制备出感兴趣的位相分布调制,就可以利用光束的演化模拟粒子在外势场中的演化.实验上利用相位镜产生锯齿状的外势,从而在全光系统中实现了量子棘轮,用肉眼就可以看到22步的棘轮效应.进一步还演示了棘轮效应中的量子共振现象.本工作实现了用经典光模拟量子粒子的演化,从而可以研究其他有趣的量子现象.     

利用普通SMF实现10Gbit/s信号全光长距离传输的研究

数值模拟了强度调制光信号在级联光纤放大器普通单模光纤通信系统中的传输,模拟中主要考虑了自相位调制、群速色散和自发辐射噪声,使用负色散补偿光纤去补偿群速色散和自相位调制。结果表明,若色散得到很好补偿,当放大器间距减少到５０ ｋｍ 时,无误码２ ０５０ ｋｍ 传输是可能的。     

硬X射线同轴相衬成像相位恢复的模拟

基于角谱传播的概念, 分析了硬X射线同轴相衬成像过程, 将基于角谱传播的相位恢复算法－迭代角谱法(IASA)用于硬X射线同轴相衬成像, 进而又将此算法与强度传播方程(TIE)算法相结合进行相位恢复, 计算机模拟研究了相衬成像和相位恢复过程, 验证了这两种相位恢复算法, 并与已有的多种相位恢复算法进行了比较, 得出对于硬X射线同轴相衬成像来说, IASA与TIE相结合的算法是收敛速度最快、误差精度较高的相位恢复算法.     

相位倾斜H-G光束的焦开关现象

研究了相位倾斜H-G光束通过光阑-透镜分离系统的焦开关现象.基于Collins公式,解析地推导出相位倾斜H-G光束的轴上场分布的递推公式,着重研究相位倾斜对焦开关现象的影响.研究表明,相位倾斜影响了相对焦移量和相对跃变量,但不影响焦开关发生的位置.另外,当相位倾斜畸变较小时,截断参数在cαmin≤α≤αcmax内取值,有焦开关现象产生;研究还发现相位倾斜畸变在一定范围时,产生焦开关现象的截断参数取值范围可以只有下限没有上限.     

基于增强倏逝波的声透镜光声成像系统设计

光声成像是一种新近迅速发展起来、基于生物组织内部光学吸收差异、以超声作媒介的无损生物光子成像方法。在分析当前光声成像系统中传统声学透镜的倏逝波衰减导致包含图像细节的高频信息丢失的基础上,提出使用负折射透镜,让倏逝波参与成像,突破传统声学透镜的衍射极限,从而大幅提高成像分辨率。同时依据光声效应产生的超声波具有波的特性,在研究中还发展、完善了声学信息系统的相关理论以及三维声成像技术。通过实验对比得到了超越普通声学透镜的生物组织的光声成像效果。     

多模光纤中的自相位调制

考虑到起源于三阶电极化率χ（３）实部的非线性折射率所引起的自相位调制现象（ＳＰＭ）对光场分布的影响,经过一些近似处理,求解了多模光纤中的高斯光脉冲传输方程,所得结果与传统的单模光纤自相位调制理论不同．     

自混合干涉效应及其在位移测量应用中的进展

对自混合干涉系统的位移测量研究进展进行了综述.首先对自混合干涉的发展概况进行了介绍,然后着重介绍了基于自混合干涉系统的位移测量系统.文中将基于自混合干涉的位移测量技术分为条纹计数法,模跳测量法,合成波长测量法,拍频测量法,光回馈水平差异测量法,分区细分法.条纹计数法最易于实现,系统最简单,但分辨率低,一般为半个光波长.模跳测量法利用跳模原理进行测量,分为开环和闭环模跳测量法两类,所对应的分辨率分别为40和50 nm.合成波长测量法则利用双激光器同时回馈时两激光器光强条纹相位差异实现位移测量,测量速度和范围相对于传统单激光器相位测量法大大提高.拍频测量法利用光回馈引起激光器频率变化的现象对位移进行测量,系统的分辨率为5 nm.光回馈水平差异测量法巧妙运用透镜实现系统不同水平的光回馈,实现系统的分辨率为20 nm.分区细分法则利用双频激光器中两垂直偏振光光强曲线交叉变化的特点,对条纹交叉结果进行分区,能实现分辨率为八分之一光波长.文中同时对各种测量方法的原理进行了介绍,对各自系统的优缺点也进行了评述.     

截断参数对透镜衍射场分布的影响

基于菲涅尔衍射积分和将硬边孔径函数展开成有限项复高斯级数方法推导出了计算透镜衍射光强分布的解析表达式.所得的解析表达式克服了直接计算衍射积分的困难.应用这个表达式研究了截断参数(透镜的半径与高斯光束束腰半径的比值)对透镜衍射场分布的影响.数值结果显示,由于透镜的孔径对高斯光束的截断使得焦点向着透镜迁移,截断参数愈大,焦移量愈大,成像光斑愈大.     

CCD器件空间分辨率的实用性研究

理论研究了CCD的成像模型,鉴于CCD像元对输入信号的调制,特别是在奈奎斯特（Nyquist）频率附近出现的较严重的调制现象,模拟了CCD由于初始相位不同而得到的调制传递函数（MTF）的最大、最小及中值,并给出了取得最值时的输入信号初始相位信息。通过对分辨率板成像的方法,对CCD的空间分辨率进行了实验研究。结果显示,MTF最小值曲线5％值所对应的空间分辨率能够较准确地反映CCD的极限分辨率信息;CCD的空间极限分辨率的决定因素是CCD像元尺寸,其值略低于CCD的Nyquist频率。     

MOEMS倾斜下电极光开关的空气压膜阻尼效应

从基于微机械光电系统(MOEMS)的倾斜下电极扭臂式光 开关出发, 求解雷诺方程, 得到空气压膜阻尼系数和阻尼力矩的分析公式. 通过求解动力学 方程, 给出空气压膜阻尼效应对于光开关响应时间的影响.     

结合子空间投影的幅度相位估计波束形成算法

在医学超声成像中,幅度相位估计(APES)波束形成算法能够更稳健地估算期望信号幅度,但其以牺牲较少量分辨率为代价.针对此问题,提出基于幅度相位估计并融合子空间投影技术的自适应波束形成算法.首先通过幅度相位估计算法初步计算加权向量,然后将加权向量向回波信号的期望信号子空间投影,以此来抑制噪声和干扰,改善成像的分辨率和对比度.经仿真分析,所提出的子空间投影与幅度相位相融合的算法在成像的分辨率、对比度和稳健性方面均优于原始的幅度相位估计算法.     

基于非线性Schroedinger方程的光纤通信系统仿真

光波在光纤中的传输遵循非线性Schroedinger方程,由于它是一个非线性微分方程,通常情况下无法求出它的解析解。本文通过对称式分布傅立叶法对非线性Schroedinger方程进行了数值求解,并基于这一结果在Matlab环境下建立了10Gb/s单模光纤通信系统的仿真模型。基于仿真模型,模拟了光脉冲在系统中的传输情况,并对RZ和NRZ调制方式进行了比较。     

《被动光学高光谱强度关联成像技术》2014年度进展报告

经过一年来的努力,基本按时完成了预定的各项研究任务。(1)完成了单次曝光高光谱强度关联光谱成像光学设计理论及实验验证,获得了系统空间分辨率、光谱分辨率及信噪比之间的相互制约关系。完成了基于最临近插值法和双线性插值法的测量矩阵标定方法的建立,建立了自动化标定系统。初步完成了系统测量矩阵的优化设计,加工得到了部分满足设计指标的空间随机相位调制器样件。完成了单次曝光高光谱强度关联成像试验样机光机设计。(2)研制出一台单光子强度关联光谱相机,并开展了2公里的野外成像,采用了互补测量的方法,优化了压缩感知算法,获得了高质量的图像输出。旨在用单光子点探测替代单光子面阵探测器完成单光子级别的超灵敏遥感光谱成像。(3)在理论上创新的提出了通过预先对光谱通道阵列进行更加精细定标的方式,然后引入光谱重构算法,如吉洪诺夫正则化(Tikhonov regularization)算法进行求解,可以在不牺牲其他性能指标或者不增加硬件成本的条件下有效的改善传统分光技术的光谱分辨率。在实验方面,引入了微反射镜(DMD)作为光谱通道选择器,设计了相关的样机系统,验证了理论算法的可靠性和正确性,当对每个光谱通道预先进行更加精细的光谱定标时,系统的光谱分辨率得到了有效的提高。(4)开展了热光信号参量放大的实验和实际物体的光参量图像放大实验研究,完成了热光参量放大闲置光和种子光的关联成像实验,搭建近红外波段光参量放大实验光路,开展了近红外脉冲放大关联成像实验。(5)搭建了无透镜关联成像装置,对太阳光进行了滤波,得到了带宽很窄的太阳光。演示了太阳光的HBT实验,并且在HBT实验的基础上做了一维物体的太阳光关联成像实验。最后我们对实验结果进行了系统的分析,初步得到了太阳光关联成像对比度低的原因,并提出了改进措施。(6)在强度关联图像质量要素表征及评价方法研究方面,本年度主要完成了不同空间和光谱结构及稀疏度的仿真场景构建方法研究;完成了影响被动光学关联成像质量因素分析;初步开展了被动光学高光谱强度关联图像质量评价方法研究;为下一年度的研究工作奠定了基础。初步完成三维图像快速重构算法,和基于梯度投影原理的GPSR_BB算法进行了结果比对,在相同采样率的情况下,图像信噪比得到了很大的提高。在采样率较低的情况下,图像质量提升更加明显,为此可以有效地降低采样次数。