贝塞尔光束在生物组织中的自重建特性研究

贝塞尔光束在生物组织中的传输易受到样品散射的影响,从而削弱其自重建能力。本文将生物组织建模为折射率弱波动的湍流模型,在弱散射近似下,结合角谱理论及逐步传输算法对贝塞尔光束在生物组织中的传输及自重建过程进行了理论模拟。利用空间光调制器加载涡旋光束相位和轴棱锥相位的叠加相位全息图来调制高斯光束,以产生可调控的贝塞尔光束。结果表明：贝塞尔光束经过生物组织的相位扰动后,重建光束的无衍射距离大大缩短,光强远低于原光束,且生物组织越厚,重建光束的光强越低;轴棱锥的锥角决定了重建贝塞尔光束的中心亮斑或最内环形旁瓣的尺寸,但对重建贝塞尔光束无衍射距离的影响不大;同时,低阶贝塞尔光束展现出了更好的自重建能力。     

井下粉尘多参数检测的自适应方法

为提高井下粉尘计重含量检测精度并同时获得粒度分布参数,根据井下粉尘衍射光的角谱特征,提出了一种适合于在单片机上运行的算法。首先将衍射光角谱归一化,使得不同浓度但粒度分布相同的尘样具有相同的归一化角谱,而该角谱与给定模式的角谱的贴近程度则用差值平方和表征。由几个优选模式求得的计重含量或粒度分布取加权平均即可获得待求参数。考虑到现场环境中噪声抑制能力和对尘样多样性的适应能力至关重要,本文中最后给出了针对这两个方面的仿真实验结果。     

非傍轴矢量高斯光束

对傍轴近似下的光束传输变换问题进行了广泛的研究.但是,当光束有大的发散角或与波长相比拟的小光斑尺寸时,傍轴近似不再成立.已发展了多种非傍轴方法用以研究非傍轴光束的传输问题.对非傍轴光束的研究方法作了总结,使用角谱表示法和瑞利衍射积分公式对非傍轴矢量高斯光束的传输作了分析和比较.结果表明,基于瑞利衍射积分公式推导出的非傍轴矢量高斯光束在自由空间传输的解析公式在传输距离远大于波长时是严格的解析结果,并且在有光阑的情况下也是适用的.光束的非傍轴性主要由f参数决定,但当有光阑存在时,截断参数也对光束非傍轴行为产生影响.     

直调型正交频分复用多模光纤链路性能研究

正交频分复用(OFDM)技术可应用在多模光纤(MMF)通信系统中实现短距离高速信息传输.文章提出利用光学角谱法计算MMF模式色散,结合OFDM原理构建直接调制型MMF传输的理论模型,并且数值分析了传输速率和误码率(BER)等系统重要性能指标.计算结果表明,系统接收机BER为10-3时,对应同步光纤网络中的信号带宽标准OC-768(40 Gbit/s)信号,其传输距离可达2.5 km以上.     

角谱传输数值模拟中参数优化分析

基于角谱理论推导出了光学模拟中取样参数的优化选取方法,重点分析了其与实际光学系统参数之间的相互制约关系,并通过数值计算进行了验证。利用控制变量的方法,分别探讨了取样数目、取样间隔对细节误差与轮廓误差的影响,以及光学系统的近场和远场取样参数的变化。结果表明:根据所得限制条件选取的取样参数能够获得较为精确的模拟结果,且能够对计算误差进行较好的解释;取样数、取样间隔是互相制约的,需结合实际的光学系统进行选取。     

二维阵列换能器声辐射力分布的计算分析

利用角谱理论得到了圆形活塞换能器阵元组阵后作用在平面悬浮物体上的声辐射力分布公式。通过数值仿真,分析了换能器频率、阵元间距以及阵元数目对声辐射力分布的影响。计算结果表明,换能器组阵使得声辐射力分布的指向性变窄,强度增强;随着换能器频率的提高、阵元间距的增大以及阵元数目的增多,声辐射力分布的主瓣更尖锐,但阵元间距的增大会使声辐射力分布的旁瓣增高。为了改善声辐射力的空间分布,采用伪逆矩阵算法,以能量增益为目标函数,通过调节换能器阵元表面振动速度的幅值和相位来形成多焦点的声辐射力分布,为阵列换能器声辐射力分布的调控和声悬浮稳定性的研究提供帮助。     

多参考光合成孔径DMIPH术的细胞相位重构

为了克服传统光学显微术无法直接提取相位信息的不足而能更准确记录物体高频和低频信息的合成,采用多参考光合成孔径数字显微像面全息系统,并结合角谱算法和最小二乘解包裹算法实现了细胞的相位重构。选取活体细胞组织等相位型生物进行作为实验样本,对其进行定量观察和有效测量。结果表明,多参考光合成孔径数字显微像面全息系统可以有效地应用于3维物体显微结构的振幅和相位重构,能显著地提高记录系统的高频和低频信息在全息图上的合成度,并实现超出系统的衍射极限12.8lp/mm的分辨率。该系统可以有效地实现数字全息系统的超分辨率成像,从而获得细胞显微结构的3维形貌信息和准确的相位分布。     

一种面向WiFi的目标物成像技术研究

随着WiFi在全球范围内的普及,对于WiFi的应用研究层出不穷。过去,传统的成像方法大多依赖RGB相机,虽然相机技术不断革新,但碍于自身缺点,RGB相机成像易受强光、遮挡物影响等问题一直无法得到有效解决。同时,RGB相机安装带来的隐私问题也常年是公众争论的焦点。而基于WiFi的成像技术则完美避开了这些难点,解决了市场痛点,成为学术界、产业界研究的重点方向。本文提出了一种通过利用商用WiFi信号捕获目标物图像并推断其基本轮廓的方法。首先,使用参考-扫描天线阵列模拟全息成像的相干光获取场景的衍射WiFi信号;之后,在通过移动构建的虚拟底片上使用经典的角谱衍射算法,根据获取的信号推断目标物图像。本方法利用Intel 5300 NIC对成像模型进行设计,并在典型室内环境中进行实验。结果表明,基于WiFi的成像技术比RGB成像更易部署、几乎不受光照和遮挡物的影响,能够获取具有代表性的目标物图像并区分,同时不涉及隐私问题。可以预见,这种成像技术可以为包括安全检测、智能看护等在内的应用打开一扇令人兴奋的新的大门。     

角谱法的等价形式与近似公式

运用坐标变换非常简明地证明了平面波角谱衍射理论与第一类瑞利-索末菲衍射积分的等价性，并由角谱表示直接导出衍射的近似公式-菲涅耳-基尔霍夫衍射、菲涅耳衍射、夫琅和费衍射．