摘要：光束整形技术能够实现激光光束能量分布的良好控制,在激光加工、医疗、激光核聚变等方面具有广泛的应用前景。光束整形方法主要分为几何光学方法和物理光学方法两大类,其中几何光学方法由于忽略了衍射效应,导致一些情形下的光束整形效果不够精细,但却能为物理光学方法提供良好的优化起点。结合几何光学方法和物理光学方法的复合设计方法能够设计出易于加工的自由曲面衍射光学元件,同时能抑制杂散光和散斑噪声。首先回顾了物理光学方法,然后综述了几何光学-物理光学复合设计方法的研究进展,最后对衍射光学元件设计方法的未来发展方向进行了一定的展望。

摘要：在光束整形衍射光学元件的设计中,为提高目标衍射图样的重构精度,提出了一种基于相位混合的迭代算法。该算法采用复振幅每次迭代循环的初始相位与返回相位的加权和为驱动函数,并以每次循环开始和结束时的光强比较作为光束相位变换的判据。简单讨论了Gerchberg-Saxton(GS)算法的缺陷,并以高斯分布-均匀分布和高斯分布-环分布为例,对比了改进算法与GS算法的设计结果。计算机仿真结果表明,改进算法的极限收敛精度比GS算法高几个数量级,其能量利用率、顶部不均匀性等指标也均优于GS算法。该算法能获得重构精度较高的输出图样,对衍射光学元件的优化设计具体参考意义。

摘要：为进一步提高双光子多焦点结构光照明显微技术(2P-MSIM)的空间分辨率,笔者提出并发展了一种双光子亚衍射多焦点结构光照明显微成像方法(2P-sMSIM).首先,通过改进的Gerchberg-Saxton(GS)相位恢复算法设计亚衍射聚焦点阵,生成相位图,利用高速相位型空间光调制器产生亚衍射聚焦点阵.通过计算机模拟的仿真实验,探究算法的可行性,并通过对荧光染料溶液的激发成像,证明了每个亚衍射聚焦点阵的平均尺寸为正常衍射受限点阵聚焦点尺寸的80%.其次,将该点阵引入2P-MSIM系统,对固定在BS-C-1细胞内的微管和商用线粒体切片分别进行了超分辨成像实验,证明了在亚衍射聚焦点阵激发下,2P-MSIM的分辨率和成像质量得到了进一步提高,这对于2P-MSIM的发展具有重要意义.

摘要：针对现有的衍射光学元件设计方法只适用于小角度衍射的情况,本文提出了一种基于瑞利-索末菲衍射积分的设计方法,可以用来设计具有大衍射角的衍射光学元件。先对目标光场进行坐标变换和强度调整,再利用改进的Gerchberg-Saxton算法优化得到衍射光学元件的相位分布。分别采用本文方法和原有的基于夫琅禾费衍射积分的方法设计衍射光学元件实现线条结构光和不同角度方框图形的光场重构,结果表明:原有的设计方法只适用于衍射角全角小于25°的情况,当衍射角大于25°时,重构光场会出现显著的枕形畸变和不均匀的强度分布。而本文方法在小角度和大角度衍射下都能重构出准确的衍射角和较为均匀的强度分布.

摘要：提出了一种基于瑞利-索末菲衍射理论的设计方法,用于近场大衍射角衍射光学元件的设计.研究在大衍射角条件下,衍射光学元件面和输出面采样点之间应满足的空间位置关系.采用无远场和傍轴近似的正、逆向衍射计算方法对传统盖师贝格-撒克斯通算法进行改进,得到近场大衍射角衍射光学元件的设计方法.以"田"字形目标光强为例,将传统设计方法、现有大衍射角衍射光学元件设计方法和本文提出的设计方法进行对比,结果表明:在近场区域,本文方法可以准确重构出大衍射角衍射光学元件的目标光场,其他两种方法则会导致重构光场产生明显的畸变或者模糊化.

摘要：设计了一种新的强度相干成像室内实验方法,以简化现有强度相干实验过程,获取接近实际观测的测量数据。首先,分析了强度相干成像原理及影响成像质量的因素;介绍了现有强度相干成像实验方法并分析其存在的不足。然后,利用赝热光源和CCD设计了一种新的强度相干成像方法;介绍了利用此种方法模拟强度相干成像的原理及特点。最后,进行了室内强度相干成像实验,验证了提出方法的可行性。实验结果表明:利用提出的实验方法能够较好地测量目标的空间功率谱,测量噪声主要分布在高频部分;当测量信噪比大于20时,利用相位恢复方法可恢复获得较好的目标光强分布图像。实验显示,提出的成像方法能够较好地模拟强度相干成像,实验中能够较为方便地调节光强随机涨落并观测基线参数,实现对小角直径目标的有效成像。

摘要：提出一种基于双光束干涉的分级身份认证方法.本方法通过同时验证用户的"口令"和"相位钥"以实现对用户身份的双重安全认证.它不仅可以判断某个用户是否合法,还能鉴别出其相应的身份级别,从而确定并授予其相应的系统访问权限.认证过程的核心功能组件是一个基于干涉的光学装置,用户"口令"控制的"相位锁"和用户携带的"相位钥"被分别加载至此装置中的两个空间光调制器(spatial light modulator,SLM),两束相干光分别经过这两个SLMs的调制后,在输出面得到一幅干涉图,它被传送至计算机并与系统数据库中的"认证图像"进行匹配,以完成身份的鉴别.系统的设计则是一个逆向的迭代求解问题,本文根据事先给定的某个用户的身份级别(对应着某个认证图像)和随机给定的"相位锁",利用一种修正的相位恢复算法确定出其对应的"相位钥".理论分析和仿真实验都证明了此方案是可行而有效的.

摘要：计算机模拟验证了系统用于光学图像加密和隐藏的可行性.理论分析揭示了本系统面向应用的三个性质:相位分布的台阶数可以作为系统设计的自由度;增加系统衍射级次可以提高秘密图像的解密质量,但此时系统受到波长微变的影响也较显著;轴向位移也会产生噪音信号,其衍射距离越长,解密质量越差.

摘要：针对采用经典的Gerchberg-Saxton算法设计的衍射光学器件(DOE)产生的光强分布相对误差较大,以及采用传统群智能优化算法设计的DOE光能利用率不高的不足,本文提出了利用萤火虫算法(FA)实现衍射光学器件设计的方法,兼顾了优化效率和优化结果。以激光匀束器的设计为例,在模拟计算中,利用FA经过5 000次迭代,得到的激光匀束器的光能利用率高达92.91%,绝对误差值低至0.60%。

摘要：提出了利用菲涅尔变换实现多图像隐藏的相位调制系统。该系统能够通过所设计的纯位相板,从单一载体图像中恢复出多个秘密图像。计算机模拟结果验证了在不同复用容量下迭代算法的有效性。借助于增加衍射级和引入微调量的方法,提高了系统性能。对系统的安全性作了讨论。