基于激光相控阵原理的相位调制器半波电压测量方法

半波电压是电光相位调制器的一个重要指标, 针对现有半波电压测量方法存在的测量误差大、测量装置复杂等问题, 提出了基于激光相控阵光束扫描原理的半波电压测量方法.通过理论分析, 得到了远场主光束的偏移量和相位调制器半波电压的关系表达式.搭建了12 全光纤激光相控阵光路, 对铌酸锂波导相位调制器的半波电压进行了实验测量, 改变相位调制器的加载电压, 记录多幅远场光强分布图, 通过求平均值减小测量误差, 而且根据远场光强分布的变化得到了相位调制特性曲线.结果表明, 该方法测量装置简单, 不仅可以精确地测量半波电压, 还可以对相位调制线性度进行分析, 具有重要的工程应用价值.     

太赫兹计算层析成像研究进展（特邀）

太赫兹波作为一种穿透性强、具有非电离性和惧水性的电磁波,可以穿透多种非金属、非极性介质材料。太赫兹计算层析成像技术基于傅里叶中心切片定理和直线传播模型,通过记录不同投影角度下的强度数据,采用滤波反投影等重建算法获得样品三维吸收系数分布和内外部结构信息分布。随着太赫兹成像器件的不断发展和应用场景的拓展,已发展出多种照明模式、成像光路和重建算法,并已在文物保护、骨密度测量和无损检测领域开展了应用探索。概述太赫兹计算层析技术的基本原理,并从提高重建质量、分辨率和采集效率三方面具体介绍太赫兹计算层析成像技术的最新研究。     

同轴数字全息中的相位恢复算法

同轴数字全息具有光路简单、光源相干性要求低、充分利用相机空间带宽积等优点,在各领域得到了广泛的应用,但其固有的离焦共轭像会严重降低再现像的质量。相位恢复算法能够借助记录面的光场强度,恢复出丢失的相位信息,去除共轭像的影响。对同轴全息的记录与再现、相位恢复算法的分类和基本步骤逐一进行了介绍,并按照约束条件、多物距、多波长、初始值优化这四个方面对各种相位恢复迭代算法进行了分析和讨论,列举了各种算法的约束条件和实验结果,最后对算法的发展进行了展望。     

同轴数字全息相位恢复算法采样距离优化研究

相位恢复算法被广泛应用于去除同轴数字全息共轭像。其中,多采样距离相位恢复算法相比于基于单幅全息图的相位恢复算法,尤其是在两幅全息图的重建算法中,重建精度更高且收敛速度更快。针对采样距离和采样间隔对再现物光波前的精度的影响,通过记录不同采样距离的多幅数字全息图,进行相位恢复。通过分析比较再现相位像的标准化均方根误差,得到优化算法的最佳采样距离和采样间隔。结果表明,采样距离在130～160mm范围内时误差较小,采样距离为150mm、采样间隔为2mm时误差最小,仅0.0096。     

连续太赫兹波合成孔径数字全息成像方法

太赫兹波数字全息成像技术结合了太赫兹成像技术和数字全息成像技术的优势,是一种新型相衬成像技术,具有光源相干性要求低、光路结构简单、实时定量获取物光波复振幅信息等特点,非常适用于太赫兹波段成像。影响数字全息成像技术分辨力的因素有多种,其中一个主要因素是探测器靶面尺寸的大小,因此,提出合成孔径方法扩大探测器靶面尺寸,提高太赫兹数字全息的成像分辨力。文中搭建了连续太赫兹波同轴数字全息成像装置,获取了样品高质量、高分辨力的振幅和相衬图像。实验结果有效说明了合成孔径方法可以提高太赫兹数字全息成像分辨力。     

基于面阵式探测器连续太赫兹波三维层析成像

太赫兹波层析成像技术是利用太赫兹波的穿透性对样品进行旋转投影数据采集,通过层析重建算法获得样品的二维横截面图,并实现样品的三维内部结构图的重构。本文介绍了基于面阵式探测器连续太赫兹波层析成像系统。该成像系统的优势在于利用了面阵式探测器记录二维投影数据,相比扫描层析成像系统,提高了投影采集速率。为了获得高精确度的二维投影数据,利用角谱衍射传播算法将二维投影图传播至样品后表面,实现抑制太赫兹波在物体外部衍射效应,最终利用滤波反投影算法重建出高保真的样品三维内部结构图,并进一步探索了基于面阵式探测器的连续太赫兹波层析成像技术在无损检测和安全检测上的可行性。     

连续太赫兹波同轴数字全息相衬成像

太赫兹同轴数字全息成像是基于太赫兹波干涉记录的一种新型成像技术,具有光源相干性要求低、光路结构简单、成像分辨率高、实时定量获取物光波复振幅信息等特点,非常适用于太赫兹波段成像。搭建了一套连续太赫兹波同轴数字全息成像装置,通过全息图预处理和相位恢复算法,获取了样品的振幅和相衬图像,有效抑制了共轭像,并进一步探索了太赫兹同轴数字全息技术在生物医学检测上的可行性。     

基于光谱分析的强度调制器半波电压测量

为了提高信息容量,调制器的调制信号已经发展到Ka微波频段,频率往往大于10 GHz,带宽达到几十GHz.这使得其半波电压会发生明显的变化,进而直接影响到调制器的调制效率以及光谱特性.将光谱分析法推广到强度调制器半波电压的测量中,理论分析了MZM调制器(Mach-Zehder modulator,MZM)在射频(radio frequency,RF)信号调制下的输出光光谱特性,利用调制边带强度比计算调制器在不同的调制频率和调制功率下的半波电压.实验结果表明:MZM调制器半波电压随着输入射频频率的增加而上升,且与输入调制功率的变化相比,调制频率的变化对调制器半波电压的影响更大.针对不同调制条件下对强度调制器的半波电压进行测量,可为优化设计微波光子链路提供基础数据,对提高系统的传输性能具有重要实用意义.     

用于激光相控阵的阵列相位调制器研究

分析了相位调制器在激光相控阵中的重要性,提出了阵列相位调制器的设计思想.对退火质子交换(annealed proton-exchanged,APE)光波导折射率进行了理论分析,利用光束传输法仿真模拟了APE波导折射率分布和模场分布,优化设计了级联Y分支波导结构,实现了光功率的高均匀输出.基于铌酸锂晶体的电光效应,对影响半波电压的因素进行了分析,设计了长电极结构,理论上得到了低半波电压.基于退火质子交换工艺制作了阵列相位调制器,并对器件的光学特性和电学特性进行了实验测试,测得器件的插入损耗为6.83 dB,光功率输出均匀性为0.23 dB,4路半波电压分别为2.1、3.4、2.0、2.1 V.结果表明:该器件的制作有助于激光相控阵的集成化.     

复杂物体离轴-同轴复合数字全息高分辨率成像

当被测物体不满足稀疏条件时,传统同轴数字全息相位恢复方法无法消除共轭像的干扰,也无法获得正确的相位重建结果;而离轴数字全息受最小记录距离的限制分辨率较低。为此,提出了一种将离轴和同轴数字全息相结合的复合数字全息成像方法。该方法只需记录一幅离轴全息图和一幅同轴全息图;采用约束最优化算法从离轴全息图中得到记录平面内物光波的近似相位分布;将此相位信息与同轴全息图的强度信息合成记录面内物光波复振幅的初始值;再利用迭代算法实现物体强度像和相位像的高分辨率重建,该方法的理论分辨率与图像传感器的分辨率相同。实验结果表明,该方法可以充分利用图像传感器的空间带宽积,能在对复杂物体成像时消除共轭像,实现大视场、高分辨率数字全息成像,实验成像分辨率接近理论分辨率。