基于环形透镜的菲索干涉仪环形光源设计

针对使用点光源的激光干涉仪在测量中容易出现相干噪声的问题,阐述了环形光源抑制相干噪声的原理,分析了环形光源半径及厚度与条纹可见度之间的关系,提出一种基于环形透镜产生环形光源的光学系统.该系统包括扩束系统、环形透镜和双远心镜头,根据菲索干涉仪中的准直镜头和干涉腔长得到环形光源的目标参数.使用Zemax分别设计了环形光源系...     

基于时空域退偏的数字全息成像去噪研究

为了抑制全息记录过程中的散斑噪声,采用一种通过降低相干光源相干性的方法,并进行了理论分析和实验验证。利用旋转二元波片进行退偏,在10s内记录70幅全息图进行平均化降噪; 同时利用毛玻璃对相干光进行空间退相干,降低了光源的相干性从而降低了散斑噪声。将单独采用时间退偏操作的重建图像与单独采用空间退偏操作的重建图像以及两者相结合的重建图像进行了对比。通过实验验证了所提方法的可行性,通过分析频谱比较证实了几种方法,利用信噪比直观地证实了几种方法的有效性。结果表明,时间、空间退偏结合对散斑噪声的抑制有着明显的优势,空间退偏的重建像的信噪比为0.4459,时间退偏的重建像信噪比为1.5155,而两者结合后的信噪比为1.7162,采用时间退偏以及空间退偏叠加的方式有效地抑制了相干噪声。该实验为研究数字全息成像的过程中由于光源相干度过高带来的散斑噪声干扰的问题提供了一个有效的抑制方法。     

光纤水听器远程传输中相干瑞利噪声的抑制

在使用窄线宽光源的干涉型光纤水听器远程传输系统中,瑞利散射通过多光束干涉引入了严重的相干噪声。分析了光纤远程传输产生的单次瑞利后向散射(RB)和双重瑞利散射(DRS)对干涉系统的影响,并使用隔离器对RB进行抑制。推导了DRS引入的相位噪声的模型,通过讨论DRS的调制特性,得出相位产生载波(PGC)技术在消除相位衰落的同时也可以大大抑制DRS产生相干噪声的结论。实验结果表明,在光纤水听器往返各25km的传输系统中,隔离器对RB产生的相位噪声抑制最大达20dB,PGC技术对DRS噪声的抑制最大达10dB。在同时抑制RB和DRS后,50km光纤传输系统中相干瑞利散射噪声的影响基本消除。     

发光二极管的时间与空间相干性研究

由相干度理论和准单色光理论出发研究了发光二极管(LED)的时间相干与空间相干特性，并采用时间分辨为亚飞秒的迈克尔逊干涉仪对LED的相干度进行了测量记录。由记录所得的干涉图计算得到LED的发射光谱、相干时间及时间相干度；并通过比较其可见度和时间相干度推算出其空间相干度；最后提出由空间相干度计算LED发光面积的方法和使用LED光源测量材料中超快弛豫过程的可能性。分析了实验中的误差并提出修正方法，为采用LED作为稳态与时间分辨光谱光源提供了必要的理论与实验依据。     

光电探测器非线性响应对相干激光多普勒测速仪的影响

光电探测器是相干激光多普勒测速仪的重要组成部分,其对光信号强度的响应特性直接影响着系统的信噪比。为了提高系统探测性能,从光电探测器非线性响应对相干激光多普勒测速仪的影响的角度进行研究。通过对响应函数进行多项式分析,研究输入拍频信号为带偏置的余弦信号时的输出电压波形,对比分析存在二阶非线性响应与在线性响应下的信号,从理论上说明探测器非线性响应对系统信噪比的影响。并对测速仪进行了对比实验,在对非线性响应进行抑制之后,系统信噪比由16dB 提高到35dB,从实验角度验证了分析的正确性。     

Besinc相干涡旋光束的产生与传输

研究了Besinc相干涡旋光束的产生与传输。理论上采用范西特-泽尼克定理,研究环形可控非相干光源经自由空间传输后的空间相干性。理论研究表明经自由空间传输后,环形可控非相干光源发射出的光束由非相干光逐渐演变为部分相干光,且光束的部分相干项为Besinc相干。实验上采用环形可控非相干光源以及螺旋空间相位板,产生空间相干可控的Besinc相干涡旋光束,并采用双缝干涉验证拓扑电荷数。另外,基于广义惠更斯-菲涅耳原理还研究了Besinc相干涡旋光束在自由空间中的传输,考虑相干度调节对传输的影响。     

一种基于光纤AOTF的扫频光源

扫频光源是扫频光学相干层析（SSOCT）的关键器件。高质量的扫频光源可以提高系统的成像速度、分辨率和信噪比。该文采用光纤声光可调滤光器（FAOTF）、保偏半导体光放大器（PMBOA）、光纤隔离器和光纤耦合器搭建了环形腔结构的扫频光源,实验得到一种全光纤扫频光源,其扫频速率为100 kHz,扫频范围为119 nm(1 550.146 2~1 619.470 0 nm),单光谱3 dB带宽可达0.096 6 nm,平均输出功率12 mW。该扫频光源具有扫频范围广、速度快、相干性好等优点,在SSOCT系统中具有一定的实用价值。     

高信噪比环形腔光纤光辉器

本文介绍了一种改善环形腔掺铒光纤激光器信噪比的简单方法,信噪比提高了5.2dB。用该激光器做WDM系统的光源,守成了1.2Gb/s的归零码和2.5GHz、5GHz的模拟信号以100km的传输实验。     

飞机尾涡相干激光探测系统设计与性能分析

为保证飞行安全,并尽可能地提高机场跑道容量,对飞机尾涡相干激光探测系统进行了设计。从飞机尾涡激光探测的总体要求出发,提出相干激光探测系统结构,同时针对激光光源参数以及平衡探测光路结构进行设计,给出整个系统的设计参数。通过对所设计系统的探测信噪比以及测速精度的仿真分析表明,所设计的飞机尾涡相干激光探测系统能够满足尾涡探测的需求,当脉冲能量达到25 mJ以上时,雷达在探测距离7 km内的探测信噪比大于3 dB;在2 km内测速精度优于0.2 m/s。     

利用互补光栅编码实现光学图像的微分

一、引言 早在1971年,S.K.Yao和S.H.Lee就在相干光学处理系统中,通过复合光栅在频谱平面上进行空间滤波而实现了微分运算。1984年,冯郁芬又在此方法的基础上,利用非线性记录的复合光栅作频谱滤波,可从+1级和+2级分别输出图像的一阶微分和二阶微分的结果。但是,在这类方法中,由于使用的是相干照明光源,所以输出图像都不可避免地受到相干噪声的干扰。于是人们又研究非相干光学方法,如实时白光图象微分法。这种方法使用白光处理系统,实时地实现了黑白图像的假彩色微分图像。1985年,羊国光等人又利用单色非相干线光源照明,用具有微分脉冲响应的全息滤波器作空间滤波而实现了图像的一维微分运算,其明显的好处是可以有效地抑制相干噪声,提高输出图像的质量。     

部分相干成像系统分辨极限研究

部分相干理论的引入丰富了光学成像分辨领域的研究,相较于理想情况下的完全相干和完全非相干光照明两点成像系统,部分相干成像系统的分辨率显著提升。本文设计了部分相干光照明两点成像系统,建立像面光强分布的数学模型,利用MATLAB仿真模拟不同空间相干性光源产生的辐射特性和两点间距对成像分辨的影响;并给出部分相干成像系统分辨极限的判定方法:当且仅当像面光强分布的峰值和谷值相等时可判定两点光源恰可分辨;以及不同相干度的光源照明成像系统分辨率的计算方法和差异。同时设计并搭建实验平台,实验结果验证了相干度分别为0、0.9和1.0时,成像分辨极限分别为1.0 mm、1.4 mm和1.5 mm,误差范围小于5%,说明实验结果与理论结果吻合。     

对数正态分布下的无线光通信系统误码率分析

对开关键控(OOK)强度调制直接检测(IM/DD)方式的无线光通信接收发射系统的光电信号进行分析,并使用最大后验概率(MAP)方法确定判决阈值。将对数正态分布作为湍流信道上光强闪烁模型,建立了系统误码率与湍流强度、光源相干参数、激光发射器光功率等系统参数之间的定量关系。采用部分相干光作为信号光能降低光源相干度,有效抑制湍流效应。计算结果表明：在一定条件下,湍流强度改变0.5个量级系统误码率相差6-8个量级,并且最优源相干参数可以通过计算得到,其对应的部分相干光最有利于提高通信系统性能。     

基于多频相干光时域反射计的光纤温度分布测量

提出了一种基于瑞利散射的多频相干光时域反射温度测量方法,采用相位调制产生多频探测光,可有效地提高传感光纤的受激布里渊散射阚值,降低系统中的相干瑞利噪声,提高系统信噪比;当按光源频率和相位调制器调制频率的变化量之比等于二频率之比对二者进行同时调节时,可实现光纤温度的高精度分布式测量.理论研究了多频相干光时城反射计的传感机理,利用MATLAB仿真比较了采用单频和多频光源时传感系统的性能.结果表明,在系统信噪比为5 dB和扫频范围为3 GHz时,系统可达到空间分辨率为1m、最大测量误差为0.005℃的性能指标.     

显微成像系统分辨率问题讨论（特邀）

空间分辨率是光学显微成像系统的核心指标,根据光学衍射理论,成像系统的空间分辨率由照明光波长与显微物镜的数值孔径共同决定。而在实际成像过程中,根据不同判据得出的显微成像系统分辨率略有差异,需要根据光源的相干性和被观测目标的结构等特征选择合适的判据来准确计算成像系统分辨率。通过理论分析和数值模拟,给出了不同情况下成像分辨率的计算方法,并对比了在相干光源和非相干光源照明下,对双缝目标和双点目标成像时成像分辨率的差异。     

单模与多模光纤光场的统计相关性

用准均匀光源及部分均匀相干光源分别处理多模及单模光纤,利用二阶统计相关函数及角相关函数计算了光纤端面及衍射场的光场统计性质,得到了光纤横向相关长度、角相关长度、有效发光孔径角、光强分布等参数,并与实验进行了比较。     

光场和激光的相干性

本文从基本概念出发,讨论了光场和激光的相干性问题。利用Fox—Li模型(共轴光阑系统)讨论了激光空间相干性的形成。借助于互相干函数得出激光各个横模本身是完全空间相干的,即空间相干度γ_(1,2)(γ_1,γ_2,0)=1,而各个横模之间是相互正交、独立、空间不相干的。因此所谓激光的相干性好,是对单横模、单纵模而言,对多个模同时存在的激光束,其相干性与普通的热光源相差不多;激光腔的各模之间一般不能实现能量转换,只能通过改变腔结构或插入其他元件提高某个特定模的增益而使另一些模受到抑制。     

融合空间和角度特征的光场图像超分辨率方法

针对光场图像空间分辨率不足的问题,提出一种融合空间和角度特征的光场图像超分辨率方法,能够同时超分辨率所有子孔径图像。算法主要由特征提取模块、特征融合模块和重建模块组成。首先,通过特征提取模块提取低分辨率光场中每个视图的2D空间纹理特征;然后,采用特征融合模块将提取到的空间纹理特征和几何角度特征进行融合,并经过多层空间角度二维卷积后得到4D光场结构特征;最后,利用重建模块将融合后的光场特征信息进行上采样,重建出高分辨率的光场子孔径图像阵列。采用4组真实/合成光场图像数据集进行测试,结果表明,与现有五种方法相比,所提方法重建图像的平均峰值信噪比、结构相似性比次优算法分别提高了2.99 dB和0.11%,图像边缘轮廓清晰。在有效提升光场图像空间分辨率的同时,所用网络参数量少、计算效率高。     

数字调相通信系统的性能

本文分析数字调相系统在高斯噪声下的性能,并确定无衰落情况下所需信噪比与分立的相数及误码率的关系,既考虑到由本机产生参考载波的相干检波又考虑到相位比较检波。计算表明,多相调制较之多电平调幅在带宽换取信噪比方面更为有效。同时发现除二进制调制外,相位比较检波的性能较相干检波约低3 dB。而二进制调相在误码率约不超过0.001时,性能下降小于1dB。     

基于相干合成的中继镜系统光束上行传输分析

建立了以相干光束阵列作为光源的中继镜系统模型,光源相位分布由随机并行梯度下降算法优化控制;定义了上行接收光束强度分布不均匀影响因子并分析了上行传输过程的评价函数;在H-V5/7模型大气湍流条件下分别计算了以相干光束阵列作为光源和以平台截断光束作为光源的中继镜系统的上行传输效能。结果显示,利用随机并行梯度算法控制多光束相干合成实现中继镜系统光束上行传输,系统上行传输能量耦合效率和上行接收光束强度均匀性均得到了有效的提高。对10 km上行传输过程,系统评价函数由0.6730提升至0.8838;对30 km上行传输过程,系统评价函数由0.4266提升至0.8560。     

克服腔QED中比特反转错误的无退相干子空间量子计算

提出了一种抑制集体比特反转错误的无退相干子空间量子计算方案。该方案基于腔电动力学系统,用囚禁于腔中的两个相邻原子编码一个逻辑比特的编码方案,构造出不受比特反转错误影响的四维无退相干子空间。并通过调节外加光场和与腔的耦合,在此无退相干子空间中实现了两个非对易的单比特操作和控制相位门,从而实现了克服集体比特反转错误的通用量子计算。