一种针对不完善数据的基于全变分约束的相干衍射算法（英文）

X射线相干衍射成像(coherent diffraction imaging,CDI)技术是一种无透镜成像技术.其基本原理是使用高度相干的X射线光束照射孤立样品,在远场收集相干衍射图样的信息,使用CDI重构算法从衍射图样中还原出样品的真实结构信息.但是由于实验技术的限制,通常实验数据都是不完善的,所以相干衍射算法对于噪声和数据缺失的容忍能力是非常重要的.通过将全变分约束引入到CDI重构算法中得到了一种改进后的算法,以提升算法对噪声和数据缺失的容忍能力.并使用模拟数据与真实实验数据来进行验证,结果表明改进后算法可以加快算法的收敛速度以及提高对噪声和数据缺失的容忍能力.     

微球聚焦特性研究

随着纳米科学和生命科学不断深入的研究提出了越来越高的分辨率需求,如在光学显微镜、光刻、光信息存储等诸多光学应用领域,在传统光学领域中,由于空间衍射极限的存在,导致聚焦光斑尺寸和远场成像出现极限分辨率的问题。突破衍射极限在远场实现超分辨率成像成为了现在研究的热点,近期研究学家说明了微球可以实现突破衍射极限的超分辨率成像。本文我们分析微球的聚焦特性。微球的聚焦光斑尺寸可以突破衍射极限,其腰斑半径小于λ/2。从仿真的结果可以看出聚焦光斑的尺寸与微球的半径以及折射率有关。     

激光在半柱形边缘对称结构物体上的衍射

本文以实验现象为基础,讨论了激光在半柱形边缘对称结构物体上产生的边缘波所特有的相位关系,并以两束反射波能量相等为前提条件,导出波函数这种特有的相位关系,从而给出一种简、直观的解释.由此能够对单丝、单丝一圆孔等类物体的远场衍射图样提供一种与实验结果一致的描述,并且提供一种利用单丝衍射测量激光光束发散角的新方法.     

基于有限衍射波的合成孔径三维超声成像

现有的三维(3D)超声成像由于受到二维(2D)传感器工艺复杂和传统聚焦成像中声波传播时间的限制,成像系统帧率和分辨率都比较低.为此提出了基于有限衍射波的合成孔径成像方法,该方法使用一维(1D)传感器发射有限衍射波声场,采用合成孔径技术对整个目标区域回波信号综合处理,利用Fourier变换进行成像.计算机仿真结果表明,该方法可以用来成像.在当前成像方法中,该方法可以同时获得较高的帧率和分辨率,并且降低了对传感器的要求,具有较大的发展应用空间.     

光学衍射实验系统的仿真

利用波动光学的基本理论,给出模拟衍射现象产生过程的算法,结合MATLAB语言的编程和图像处理功能,对实验室搭建的衍射实验光路进行仿真,最终得到各种不同类型衍射的衍射图样.结果表明,此算法不仅可以仿真衍射现象的产生过程,而且可以仿真各种类型的衍射图样,为光学理论分析与实验教学提供方便.     

2013-16 科技要闻

三维相干衍射成像领域取得新进展山东大学晶体材料国家重点实验室江怀东等利用三维相干X射线衍射成像技术和软X射线显微技术,实现了原位定量研究地幔橄榄石矿在纳米尺度上的微观结构,在高压材料研究方面取得重要进展。相干X射线衍射成像作为新兴的高分辨显微成像方法,利用     

激光衍射法测量低频液体表面波的参量

实验中实现了液体表面波光栅的光衍射,得到了稳定、清晰的衍射图样。改变表面波振幅,发现了各级衍射条纹的强度变化。理论上分析了表面波的光衍射效应,得到了衍射光强度和表面波振幅以及条纹的空间分布和表面波波长的关系。提出了测量液体的表面张力系数、表面波振幅、波长及波速等表面波参量的方法。该方法具有实时、无损和简单实用的特点。     

掺铁铌酸锂晶体中三维光子晶格的诱导及结构分析

笔者描述了一种使用振幅掩膜在自散焦光折变晶体掺铁铌酸锂中制作光诱导三维光子晶格的实验方法,并提供平面导波、布里渊区潜、远场衍射图样三种方式对晶格结构进行分析．此外,笔者对光强极弱的会聚光束在晶格中的传播行为进行研究并得到独特的衍射图样．这对二维微结构的制作与光在接中传播特性的研究是非常有意义的．     

相干性对PIE成像方法的影响

分析了相干性对PIE（Ptychographic Iterative Engine）成像技术的影响,指出光源相干性不理想将会引起再现结果中各个频谱分量强度相对于其真实值发生相对变化,而且这种变化随着相干系数的降低而逐步增大.由于实际再现结果是很多可能再现像的线性组合,因而往往包含很多的噪声或细节扭曲,同时当物体衍射能力较弱而零级衍射很强的情况下,高阶衍射间的干涉可以忽略,所得的再现结果相对于原始物体有明显的相位对比度弱化,但由于衍射场仅仅发生强度的减弱而相位并未改变,所以再现像仍然可以较好地反应物体的真实结构信息.     

半波带法在分析光栅衍射中的应用

在半波带法分析光栅衍射和半波带法分析单缝衍射二者之间对比的基础上,提出了用半波带法分析光栅衍射是可采用的简便方法。半波带法是处理子波相干叠加的一种有效途径,惠更斯-菲涅耳原理要求对波面作无限分割,而半波带法则用较粗糙的分割来代替。虽然半波带法不够精细,但是可以较为简明地得出衍射图样的某些特征。     

基于菲涅耳尔衍射的三维绝对坐标测量

提出一种基于菲涅耳衍射的测量三维绝对位置坐标的新方法．该方法通过对物波的菲涅耳衍射强度图样进行数字处理,提取多针孔板上测量孔位置处的相位信息,利用寻找设定参数的极值点来确定待测点的绝对位置坐标,介绍了该方法的测量原理,并且通过计算机模拟实验证明了它的可行性．此方法不需要任何相移装置,对环境要求低,为实现三维绝对坐标测量提供一种新的选择．     

两束不等强相干光的圆孔夫朗和费衍射

本文从光的叠加原理出发,详细地计算了两束不等光强的相干光经圆孔夫朗和费衍射后两爱里斑斑心联线上的光强分布,以及衍射屏面上的衍射图样。并将它与非相干情况下的衍射作比较,严格的数字计算表明:两者的光强分布和衍射图样都存在着很大的差别。在此基础上给出了发射不等光强相干光的两物点恰能分辨的距离。     

基于MATLAB对菲涅耳圆孔衍射的模拟

MATLAB软件具有强大的计算和可视化功能,可以较为精确地模拟光学实验的结果,使复杂、抽象的光学现象变得具体、直观。基于MATLAB编程,模拟了菲涅耳圆孔衍射的光强分布。结果表明:衍射花样由一系列明暗相间的同心圆环组成,衍射花样结构(亮暗环数目及排列顺序)由观察屏中心点所对应的半波带数k决定。k相同,则衍射亮暗环的半径由圆孔半径唯一决定。无论k为奇数或偶数,圆孔衍射花样的中心光斑半径均符合夫琅和费圆孔衍射的爱里斑半径公式。     

飞秒激光脉冲经小孔衍射后的近场光强节点

应用数值求解格林函数的方法，计算模拟了飞秒脉冲通过亚波长小孔的衍射光场. 首先将具有高斯时间轮廓的飞秒脉冲展开成一系列简谐光波的叠加，对每一个频率的简谐光波进行数值计算，得到该频率的衍射光场的空间分布, 然后对所有频率的衍射光场进行反傅里叶变换得到光场随时间的变化.分析发现,飞秒脉冲通过小孔后沿界面向小孔两边传播，并且在该传播过程中, 衍射光场会在介质的分界面上和在接近界面的区域中形成光强的节点.     

小孔近场衍射的矢量与标量角谱理论研究

文章依据角谱理论研究了,纳米小孔的近场衍射,采用矢量和标量角谱理论研究了电磁场的矢量性和衍射场中倏逝波对纳米小孔近场衍射的影响,给出了小孔近场衍射的数学表达式．理论计算了纳米尺寸下小孔的横向和纵向近场衍射光强分布,并获得了电磁场的矢量性和衍射倏逝波在小孔近场衍射的作用.     

矢量偏振光微圆孔矢量夫琅禾费衍射

利用瑞利——索末菲矢量衍射公式导出矢量偏振光微圆孔矢量夫琅禾费衍射的解析计算式,探讨了矢量衍射的实质和特征以及一般孔和亚波长孔矢量衍射情形。模拟实验表明该计算式的有效性和可靠性,可在微光学、近场光学、衍射成像、光束传输变换和光信息处理等方面发挥应有作用。     

Fresnel圆孔衍射研究

Frosnel圆孔衍射是光学中的重要内容之一，目前大多讨论的是单色发散点光源经小孔后衍射会聚波在轴线上的光强分布规律，较多使用半波法和矢量图解法．本文从惠更斯-菲涅尔原理出发，并对单色发散球面波和单色会聚球面波入射经小孔后会聚衍射光波和发散衍射光波的衍射规律作了研究，得出了一些有意义的结论.     

多色空间相干光经过环形光阑衍射之后的光谱奇异现象

研究了多色空间完全相干光经过环形光阑衍射后在远场出现的光谱变化,并给出了详细的数值计算结果和具体实例.研究表明,在艾里斑零点附近的光谱发生了显著的变化,即有些点光谱会发生红移,有些点会发生蓝移,而在另外一些地方单一谱线则分裂成两条谱线,这种光谱变化依赖于中心拦截比和衍射角.     

小波分析在轴承故障诊断中的应用

分析了小波的频率分解特性及信号分解后的频率分布范围,并将小波变换与功率谱分析相结合,利用小波将检测到的轴承正常信号和故障信号分解到各个频段,通过比较分解出正常信号与噪声信号的功率谱,分析轴承故障原因,得出故障模式。