摘要：光波复振幅中相位信息的恢复是科学与工程领域的重要研究热点之一。相位携带了光传播中的重要信息,对成像与智能感知技术的发展有着重要的意义。相位恢复波前重构技术通过优化算法和设计特定成像装置,从光电探测器采集的强度信息中恢复出难以被直接感知的相位信息,是探测微观和宏观世界的重要技术手段之一,已广泛应用于生物显微、工业检测和天文观测等领域。概述基于干涉和非干涉的波前重构技术及其应用,梳理相位恢复波前重构算法的基本原理和发展历程,对常见相位恢复技术手段如交替投影相位恢复算法、基于调制约束和基于深度学习的相位恢复波前重构技术等进行初步的探讨。针对相位恢复波前重构技术的未来发展提出若干可能的研究方向,包括相位恢复算法的进一步优化、新型系统和器件的开发等。

摘要：为解决传统显微成像技术难以获取无色透明样本结构和厚度的问题,设计了一款小型透明样本3维重建系统。该系统通过对透明样本进行相位恢复,实现3维重建。系统的设计突破了传统光学结构,只需输入携带样本信息的光线,经过分光棱镜分成两路,终由双目相机捕获。系统使用3D打印制作,尺寸仅为110 mm×110 mm×60 mm,成本低廉,并可与传统显微成像设备配合使用。系统内置自动对焦和视场配准算法,只需采集1张过焦和1张欠焦图像,通过求解光强传输方程便可进行相位恢复,从而实现透明样本的3维重建。测试结果显示,10倍物镜下系统的成像分辨率可达2.46μm,同时相位恢复精确度也能达到基本要求。系统成功对血细胞和载玻片划痕进行了3维重建,证明了系统的可行性与实用性。

摘要：进行星间激光通信的光学发射天线光束整形器设计时,首要解决的问题是根据输入光场及理想的输出光场,确定整形器的相位分布,其核心就是相位恢复.基于角谱传播理论,在传统Gerch berg-Saxton(G-S)迭代算法的基础上,提出了一种幅度梯度加成迭代算法,给出了算法的详细流程与分析.与G-S相比,新算法利用迭代过程,构建光场幅度反馈回路,利用梯度搜索最佳迭代路径,两者的联合作用加速其迭代收敛进程.数值仿真表明,新算法的单位迭代次数所引起迭代误差下降的速度是G-S算法的1.7倍,其收敛速度明显优于G-S算法;对不同的随机初始相位,新算法都能进行有效迭代,表现出适应性强,且收敛一致性好的优点.幅度梯度加成迭代算法为复杂光场的高效相位恢复提供了一种新思路,为设计各种衍射光学元件提供了技术支持.

摘要：基于光强传输方程(TIE)的相位恢复技术,可以通过测量一系列垂直于光轴分布的散焦强度图,直接求解得到光场的相位信息。传统的基于TIE的强度图像采集系统在获得散焦图像时需要机械移动。通过在空间光调制器(SLM)上加载透镜相位图,使其实现可编程透镜的功能,任意改变此透镜的焦距值,可以实现不同的散焦距离,从而避免采集图像过程中CCD的移动。根据不同的算法理论,设计了两种光强图像采集系统。由于日常生活中使用相机拍照时,透镜的相位调制作用不可忽略,使用SLM代替含透镜的光传播模型中透镜的作用,设计了第一种实验装置。此外,通过在4f系统的频率域位置放置SLM,设计了第二种实验装置。真实实验的结果验证了这两种方法的有效性和正确性。

摘要：针对传统的基于光强传输方程(TIE)相位恢复方法中需要通过移动待测物体或者CCD以实现光强图像采集所造成的速度慢、精确度低等问题,提出了一种新的基于硅基液晶(LCOS)变焦透镜的相位恢复方法。首先,在LCOS上加载具有不同焦距的透镜相位分布图,使其实现变焦透镜的功能;然后通过本研究所设计的系统在同一成像平面上采集不同散焦距离的光强图像;最后求解TIE从而得到相位信息。该方法只需要改变LCOS上所加载的相位分布图即可形成不同的散焦图像,避免了传统方法中机械移动所造成的误差。模拟与实验结果均验证了所提方法的正确性和有效性。

摘要：相干光通信系统中载波相位噪声的存在,导致接收信号受额外的相位调制。为了抑制载波相位噪声,依据经典维特比算法,提出一种基于导频辅助的载波相位恢复算法。针对QPSK调制格式中的相位噪声,通过MATLAB软件对算法进行了性能仿真,使用Verilog HDL语言实现了载波相位恢复模块的电路设计,使用questasim软件对设计进行了仿真验证。结果表明基于导频辅助的载波相位恢复算法能有效校正光通信系统中载波相位的噪声,算法复杂度较低,系统性能较高,有效降低了系统传输的误码率。

摘要：首先介绍了相位恢复技术中的Gerchberg-Saxton算法和梯度搜索算法。推导了当任意多帧输入图像及它们的离焦量作为输入时,梯度搜索算法的目标函数分别关于广义光瞳、波前以及泽尼克系数的偏导数。揭示了GS算法与梯度搜索算法之间的关系。针对单幅和多幅图像作为输入时分别用GS算法和梯度搜索算法设计了仿真实验,实验结果显示对于单幅图像作为输入时,梯度搜索算法明显优于GS算法。对于多帧不同离焦量的图像作为输入时,GS算法和梯度搜索算法都能很好的解算出波前,但梯度搜索算法的收敛速度明显优于GS算法。

摘要：迭代型相位恢复作为一种新型的计算成像方法,已成功应用于X射线成像、像差校正、可量化的相位成像以及超分辨成像等各个领域。利用互补的结构照明模式实现相位恢复的紧支撑约束,并据此设计了改进型的多距离相位恢复算法。通过数值仿真分析,基于结构照明约束的多距离相位恢复算法实现了振幅型物体和相位型物体的图像重构。而且,改进算法提高了多距离相位恢复的收敛速度,解决了其收敛迟滞、收敛不稳定的问题,这将对相位恢复在生物成像的应用提供可靠的理论指导。

摘要：将 Gerchberg-Saxton( GS)反演方法应用于恢复高功率激光装置的低频相位噪声研究中 ,通过数值模拟计算 ,给出了很好的迭代结果。为设计合理的相位板提供了依据。同时也为光束诊断系统提供了一种测量相位的方法。

摘要：研究了一种基于相位恢复技术的新型镜面测量方法,用于测量大型光学镜面研抛加工过程中较高较陡的面形误差,为光学镜面加工中误差收敛的过渡阶段提供可靠的定量在位测量方法。文中构建了基于离焦光场的相位恢复测量系统并设计适用于大误差检测的相位恢复算法。分析了各种误差因素以及系统测量精度以及测量范围。对一面口径150mm球面反射镜进行了在位测量实验。相位恢复测量与干涉测量结果一致。理论分析和实验都表明该方法切实可行,检测范围和相对精度满足加工要求,具有良好的应用前景。