一种可对复杂光场进行相位恢复的算法

给出了一种改进的相位恢复迭代算法。根据多个面的强度信息进行相位恢复,并提出将相位恢复过程划分为轮廓恢复和细节恢复两个阶段。首先利用三个较远的衍射面及输入面的强度信息,恢复出输入面相位分布的轮廓,然后再利用两个较近的衍射面及输入面,进一步恢复出相位分布的细节。该方法在一维情况下能够准确地恢复出各种输入光场,尤其是复杂光场的相位分布,大幅度提高了相位恢复的精度。模拟实验还表明,本算法具有较好的鲁棒性:多次随机选取迭代初始值时,收敛结果唯一;并具有良好的抗噪性能。     

一种多波长梯度加速相位恢复迭代算法

在传统多波长迭代算法的基础上,引入角谱传输理论和梯度加速函数,提出一种快速收敛的相位恢复迭代算法——多波长梯度加速迭代算法。该算法利用不同波长的光源经过相同光路在固定位置处所探测的光场强度信息,通过迭代逼近,并在迭代过程中引入梯度加速方法,提高收敛速度,从而恢复出输入面的相位信息。构建仿真模型,随机选取初始迭代值,对已知相位分布的输入场进行相位恢复,并与传统多波长迭代算法进行了比较,该算法表征相位面复原精度的相对均方根值均达到10-3数量级,收敛速率提高了两倍以上。在635~785nm波段内选取多组不同波长数量的入射光利用该算法进行对比实验,结果表明当波长数量为7、8时该算法具有良好快速的收敛特性及高精度的相位恢复能力。     

输入输出距离变化对BOE整形环强度的影响分析

利用杨 -顾相位恢复算法设计了 1 6阶光束整形器 ,用以将 He- Ne激光基模光束整形为环形光强分布 ,并进行了实验分析 ,在实验中 ,改变输出面距输入面 (光束整形器 )的距离 L,测得输出面的衍射光强分布 ,并与理论模拟相比对。研究结果表明实验结果与理论设计及模拟相吻合     

用相位分析方法测量振动物体的振幅分布

传统的时间平均全息术通过对再现像光强分布的测量来实现振幅分布的检测,但由于受噪声等因素的影响往往得不到满意的结果。注意到调制时间平均全息再现像光场的第一类零阶贝塞尔函数的相位只有0和p两个取值,借助数字全息可以计算再现光场的相位,继而利用该相位确定物体的振幅分布。实验结果表明,该方法检测振动物体的振幅分布可行并更为准确。     

用于合成全息图拍摄的相位散射片的设计

介绍了合成全息图拍摄过程中图像的滤波处理过程,并分析了利用透镜对图像信息进行会聚时光场的不均匀性问题。为改善会聚光场的均匀性,通常需在透镜前设置弱散射片,从理论上分析了相位散射片改善光场均匀性的原理,基于该原理利用傅里叶迭代算法(G-S算法)对相位散射片的相位分布进行了设计,并将所设计的相位片应用于实际图像进行了仿真分析。结果表明,通过精确设计相位片的相位分布能极大地改善光场的均匀性,且能在一定范围调整光斑尺寸的大小。最后针对相位片实际制作中相位的量化问题分析了量化误差的影响,仿真结果表明,当量化阶数达到8阶时量化误差的影响可以忽略。     

融合多个面上光强信息的混合迭代相位恢复算法

在自适应光学、光学加工检测及激光光束质量检测等诸多领域,经常涉及到相位恢复问题.研究相位恢复的数值算法,具有较强的现实意义.文中给出了一种融合多个离焦面上的强度信息,以恢复输入面上相位分布的混合迭代算法.首先采用共轭梯度迭代方法求解,将所得结果设定为新的迭代初始值,并利用角谱法对此进行优化,以进一步提高相位恢复的精度.模拟实验表明,该算法具有良好的收敛性能和较高的相位恢复精度,且适用于输入面上振幅分布无法直接测得的场合.     

基于干涉原理和相位恢复算法的图像加密系统

以基于相位恢复算法和光学干涉原理为基本理论依据,提出了一种新的全相位光学图像加密系统。该加密系统利用一块随机相位板作为加密密钥,在其作用下输入图像被数值加密成两块相位板。这两块相位板的衍射图样视觉上无法分辨其内容,但却包含了解密所需要的信息。加密过程中,加密密钥与待加密图像分别作为输入平面和输出平面上的约束条件,在干涉原理的基础上通过迭代运算得到加密结果,即输入面上不同于加密密钥的另一个相位板的相位分布以及傅立叶频域上的相位分布。加密密钥的引入起到了置乱系统输入面相位分布的作用。解密过程中,加密过程中使用的随机相位板和迭代过程中生成的两块相位板缺一不可。计算机仿真实验结果表明,本文提出的加密系统具有算法收敛快、加密结果不存在非线性双随机相位加密和干涉加密方法中发现的信息泄露问题的优点。     

两个耦合二能级原子与压缩相干态光场相互作用系统中光场的相位特性

应用Pegg-Barnett相位理论,研究了两个耦合二能级原子与压缩相干态光场相互作用系统中光场的相位特性,着重分析了光场的相位概率分布及相位涨落,并讨论了光场相干振幅分量和压缩参量以及原子间耦合系数对场的相位性质的影响.结果表明:光场相位概率分布呈现出三峰高斯分布,在零相位附近概率分布最大,且涨落较小,而其它范围内概率分布小且易振荡.同时由于光场压缩效应的影响使相位概率分布呈现出与相干态光场所不同的情况.     

多模光纤远端光场重建的采样方案（特邀）

利用相位恢复算法可以从光纤近端的光强分布求解光纤远端的场强分布。光纤的响应可以用传输矩阵描述。实验上则是在不同的输入情况下对输出端的光强分布进行足够数量的采样来测量传输矩阵。显然,采样点的位置分布,包括采样点数目和间隔,影响着传输矩阵的测量,而相位恢复算法的精度和效率与传输矩阵有关。文中提出采样间隔应该大于出射散斑大小,以满足传输矩阵不同行的统计独立性,在保证图像重建质量的条件下减少采样点数,提高重建效率。实验结果表明,当采样间隔小于散斑大小时,相同的图像重建质量下,随着采样间隔的增大,光场重建所需的采样点数量明显下降。当采样间隔大于散斑时,所需的采样点数量变化缓慢,约为输入图像像素数量的3.5倍。采样间隔固定时,随着采样点数的增加,相位恢复算法消耗的时间先减小后增大,因此存在一个最佳的采样间隔与采样点数。     

拉盖尔-高斯涡旋光束传播中的相位变化分析

为了研究拉盖尔-高斯涡旋光束在传播过程中的相位特性,采用螺旋相位板法获取涡旋光束,从菲涅耳衍射积分出发,对光束在传输过程中的相位变化以及整数阶与分数阶涡旋光束相位奇点的稳定性进行了理论推导和数值模拟。当光束传输一段距离后,光场在观察平面上的等相位线由发散的射线变成了花瓣状的弧线。结果表明,拓扑荷为整数阶的涡旋光束在传输过程中,相位奇点具有稳定性,而分数阶光束的相位奇点不再保持稳定性,其观察平面的光强分布不对称,且涡旋光束中心为暗核的特点消失。该结论对光学微操纵和光信息编码技术的实现具有理论指导意义。     

双随机相位不对称分数傅里叶变换计算全息

提出了双随机相位不对称分数傅里叶变换计算全息.首先用一随机相位函数乘以输入图像信息,然后沿x方向实施α级次的一维分数傅里叶变换,再乘以第2个随机相位函数,最后沿y方向实施β级次的一维分数傅里叶变换.采用迂回位相编码法对变换后的结果编码,绘出计算全息图.为了恢复原图像,需要知道变换级次和随机相位函数.利用这种方法进行图像加密,使加密图像的密钥由原来两重增加到四重,从而提高了系统的保密性能.     

Signal reconstruction from two close fractional Fourier power spectra

Based on the definition of the instantaneous frequency (signal phase derivative) as a local moment of the Wigner distribution, we derive the relationship between the instantaneous frequency and the derivative of the squared modulus of the fractional Fourier transform (fractional Fourier transform power spectrum) with respect to the angle parameter. We show that the angular derivative of the fractional power spectrum can be found from the knowledge of two close fractional power spectra. It permits us to find the instantaneous frequency and to solve the phase retrieval problem up to a constant phase term, if only two close fractional power spectra are known. The proposed technique is noniterative and noninterferometric. The efficiency of the method is demonstrated on several examples including monocomponent, multicomponent, and noisy signals. It is shown that the proposed method works well for signal-to-noise ratios (SNRs) higher than about 3 dB. The appropriate angular difference of the fractional power spectra used for phase retrieval depends on the complexity of the signal and can usually reach several degrees. Other applications of the angular derivative of the fractional power spectra for signal analysis are discussed. The proposed technique can be applied for phase retrieval in optics, where only the fractional power spectra associated with intensity distributions can be easily measured.     

基于变形FrFT和线性同余的光学图像加密算法

基于双随机相位编码光学图像加密系统,利用线性同余发生器（LCG）生成随机相位,结合变形分数傅里叶变换（AFrFT）,提出了一种改进的光学图像加密方法。方法的特点是：LCG函数的4个参数都可作为密钥;相比常规FrFT,变形FrFT的分数阶数目多1倍;算法密钥的数量从2重增加到8重,并且还有2个辅助密钥,大大提高了加密系统...     

分数傅里叶变换衍射光学束匀滑器件的精细化设计

采用精细化设计方法,进行了分数傅里叶变换衍射光学束匀滑器件的设计,利用爬山-模拟退火混合优化算法,获得了真实的束匀滑分布,不仅控制了算法采样点上的光强分布,还控制了其他非采样点上的光强分布。     

变形分数傅里叶变换双随机相位加密技术

提出变形分数傅里叶变换双随机相位编码技术。详细阐述了编码与解码的光学原理,由于变形分数傅里叶变换比分数傅里叶变换多两个分数傅里叶变换阶次,所以,变形分数傅里叶变换双随机相位编码技术比分数傅里叶变换双随机相位编码技术增加了两重密钥,进一步提高了系统的保密性能。并进行了计算机模拟验证,结果证明该原理是正确的。     

分数傅里叶变换计算全息图

提出了分数傅里叶变换计算全息图 (FRTCGH)。采用分数傅里叶变换的快速算法和罗曼Ⅲ型迂回位相编码方法设计并制作了一个物体不同分数阶的分数傅里叶变换计算全息图 ,用罗曼Ⅰ型分数傅里叶变换光学系统再现原物体 ,得到了物体清晰的像。分析了FRTCGH和再现图像随分数阶变化的规律 ,讨论了分数傅里叶变换计算全息图与菲涅耳计算全息图之间的关系。     

信息安全中的光学加密技术

光学加密技术作为一种新的加密手段,近年来得到了快速发展,成为现代加密技术的重要研究内容之一.简要概括光学加密技术的产生和发展过程.就影响较大的几种光学加密技术,如双随机相位编码方法、基于分数傅里叶变换的加密方法、基于菲涅耳变换的加密方法、基于联合变换相关器的加密系统、利用离轴数字全息的加密系统和利用相移干涉技术的加密系统以及基于相位恢复算法的加密技术等作了分类评述和讨论.介绍各种加密方案的技术特点和实现方法,讨论实际应用中尚存在的问题,并对其应用前景作了进一步阐述.     

基于非对称密码系统的多图像加密算法

基于变形分数傅里叶变换提出一种非对称光学图像加密算法。在光学系统中,引入非线性相位截断策略消除了线性对称密码系统存在的安全隐患。幅相调制技术结合相位截断运算实现单通道多图像加密,通过重复使用一组光电混合设备,5幅图像被加密为一个实值密文。相位保留运算产生与原始图像相关的4个私钥,变形分数傅里叶变换的分数阶次和4个私钥增大了算法的安全性。数字模拟结果验证了该算法的可行性和有效性,加密和解密图像的均方误差分析了所有密钥的安全性。