基于空间光调制器的动态全息再现技术研究

为了使空间光调制器实时产生大景深的再现像,运用GS算法计算出不同参数下的全息图。通过计算全息重建算法仿真得到不同傅里叶全息图下的再现像。在无傅里叶变换透镜的情况下,利用计算机将不同参数下的傅里叶全息图输出到空间光调制器,通过分析二维实时动态显示的再现像表明,当傅里叶全息图的采样点数为1 024×768,采样间隔为18μm时,再现像景深为275 cm,该参数下再现像景深最大;通过分析不同参数的傅里叶全息图再现像,实验结果表明相位图像元尺寸越小再现像景深越大,并且在相同参数下有傅里叶变换透镜时的再现像景深小于无傅里叶变换透镜时的再现像景深。     

基于滤波成像的大视角数字全息技术

为提高数字全息再现像视角,提出一种基于滤波成像的数字全息技术来实现大视角的三维物体面型测量.利用离轴像面数字全息技术,通过在4F相干图像处理系统的空间频谱面处放置可移动的低通滤波器,使满足CCD分辨率的物光波与参考光波干涉形成全息图,并控制低通滤波及成像区域分别记录不同谱段的子全息图.再现时,首先对子全息图进行数字傅里叶变换,重构对应频谱段,并对频谱段进行拼接形成完整的物光频谱;而后通过数字再现获得大视角的数字全息再现像.利用该方法测量了圆柱形表面(光滑的缝纫针)的三维形貌,并取得了较好的实验结果.     

参考光照射下的数字全息图频谱特点及应用

提出了一种在离轴数字全息再现过程中确定参考光角度和简化滤波器设计过程的方法。分析了模拟参考光照射下的离轴数字全息图的频谱特点。首先将数字全息图与计算机模拟的原参考光波相乘,然后做傅里叶变换,得到其频谱图。结果发现,含有被记录物体信息的物光波频谱始终处在频谱面的中央位置。依据这一特点,不仅可以实现模拟再现时最佳参考光的角度参数测定,而且还可以使滤波器的结构设计过程简化。借助于滤波技术,数字全息再现像中零级像和共轭像得到了有效的去除,再现物体实像质量得到了有效的改善。     

基于滤波成像的大视角数字全息技术

为提高数字全息再现像视角,提出一种基于滤波成像的数字全息技术来实现大视角的三维物体面型测量.利用离轴像面数字全息技术,通过在4F相干图像处理系统的空间频谱面处放置可移动的低通滤波器,使满足CCD分辨率的物光波与参考光波干涉形成全息图,并控制低通滤波及成像区域分别记录不同谱段的子全息图.再现时,首先对子全息图进行数字傅里叶变换,重构对应频谱段,并对频谱段进行拼接形成完整的物光频谱|而后通过数字再现获得大视角的数字全息再现像.利用该方法测量了圆柱形表面（光滑的缝纫针）的三维形貌,并取得了较好的实验结果.     

空间光调制器曲面拼接实现全息三维显示视角拓展

本文对多空间光调制器不同拼接方式拓展全息三维再现像视角的方法进行了分析,基于多片空间光调制器拼接拓展视角的思想,利用平面反射镜、分光镜和两片透射式空间光调制器设计了曲面拼接系统,进行了全息三维再现像的视角拓展实验研究。用该系统对四棱锥物体的层析菲涅尔衍射全息图进行再现,结果表明,总视角由基于单片空间光调制器的1.7°增大到3.2°,即拓展到约1.9倍,分光镜能够消除两片空间光调制器间的间隙,实现无缝拼接。该方法同样适用于更多空间光调制器的曲面拼接中,可以有效地拓展全息再现像的视场角大小。     

基于像素结构空间光调制器的全息再现像问题研究

基于纯相位空间光调制器的全息显示系统在重构显示时,再现像的视觉效果受到空间光调制器像素结构引起的多级衍射光和多级再现像的干扰。在分析具有有限填充因子空间光调制器的像素结构对再现像影响的基础上,提出了一种提高全息再现像的视觉效果并且再现像成像位置和大小可调节的方法。先加载闪耀光栅到纯相位全息图,其次通过叠加会聚球面波相位,分离再现像与空间光调制器像素结构引起的多级衍射光的聚焦平面的位置,再利用光阑和高通滤波器的共同作用,消除高级衍射光、多级再现像以及零级光干扰对重构视觉效果的影响,最后引入成像透镜,调节再现像的成像位置与大小。建立了一套基于硅基液晶的全息显示系统用于实验验证。实验结果表明,最终的单一再现像清晰且可以方便地调节成像位置和大小。该方法同样适用于各种基于像素结构空间光调制器的全息光学系统。     

基于数字闪耀光栅的位相全息图光电再现优化

针对利用液晶空间光调制器（LC-SLM）进行全息图光电再现过程中,再现像面存在多级衍射像造成单一像能量利用率低的问题,提出了一种在位相全息图中加载数字闪耀光栅的方法,以提高全息图光电再现中单一衍射像的衍射效率.分析了闪耀光栅作为衍射光学元件的特性及其对光波进行位相调制的原理,并阐述了在LC-SLM中加载数字闪耀光栅对位相全息图光电再现时像面能量分布的影响.搭建了基于LC-SLM的位相全息图光电再现实验系统.理论分析表明：在其他条件不变的情况下,加载竖直（或水平）槽向周期为2 pixels的数字闪耀光栅可使 关键词： 全息光电再现 位相全息图 数字闪耀光栅 液晶空间光调制器     

基于光学相控阵的目标指示系统

为实现对运动目标实时指示激光束的非机械电控制,建立了基于光学相控阵的目标指示系统.首先,根据光学相控阵原理和空间光调制特性,对预设指示图添加共轭对称项,利用快速傅里叶变换计算全息法生成的全息图进行制表.其次,在图像传感器采集视频下,运用基于核函数密度估计的改进Mean-shift目标跟踪算法,获取多目标位置信息,查表并载入全息信息,完成全息图的实时更新.最后,利用空间光滤波特性,设计光电再现环节,消去冗余项并完成全息再现过程.实验发现:对8bit灰度全息图,系统每秒的指示速度均在60帧以上,各部件效能达到最大化.满足了目标指示系统稳定性、实时性、准确性等要求,理论算法和实验结果也验证了该系统的有效性.     

基于SLM的计算全息三维显示视角扩展编码

提出一种利用高分辨液晶空间光调制器的高衍射级来增大再现视角的计算全息编码方法.该方法首先对被记录物波的视角超出所用高分辨液晶空间光调制器允许范围的物波信息进行预处理,使预处理后的物波视角满足抽样定理;然后再进行计算全息编码.这种计算全息图可利用高分辨液晶空间光调制器的特定高衍射级恢复再现被记录物波.文中给出了该方法的编码原理及物波函数的预处理公式,并通过设计实例和实验结果证明了该方法的可行性.     

利用数值再现实现彩虹全息色差评价

为了在计算机制彩色彩虹全息图输出之前定量得到再现像的色彩保真度,提出了一种采用数值再现进行色差评价的方法.首先对彩虹全息图进行了频谱分析,得到再现参量与频谱分布之间的关系;然后采用频域滤波算法实现彩色彩虹全息图数值再现,得到再现像的相对功率谱分布;最后采用CIE1976UCS均匀颜色空间对再现像色差情况进行了计算.设计了7个色块并制作了计算机制真彩色彩虹全息图,以金卤射灯作为照明光源进行了光学再现实验,给出实验结果及分析.研究证明了采用数值再现方法实现对计算彩虹全息再现像光谱分布和色差进行计算分析是一种快速经济的方法.     

Generating mixtures of spatial qubits

In a recent letter [L. Neves, G. Lima, J.G. Aguirre Gómez, C.H. Monken, C. Saavedra, S. Pádua, Phys. Rev. Lett. 94 (2005) 100501], we presented a scheme for generating pure entangled states of spatial qudits (D-dimensional quantum systems) by using the momentum transverse correlation of the parametric down-converted photons. In this work, we discuss a generalization of this process to enable the creation of mixed states. With the technique proposed we experimentally generated a mixture of two spatial qubits.     

Optimizing the mapping of finger areas in primary somatosensory cortex using functional MRI

Functional magnetic resonance imaging mapping of the finger somatotopy in the primary somatosensory cortex requires a reproducible and precise stimulation. The highly detailed functional architecture in this region of the brain also requires careful consideration in choice of spatial resolution and postprocessing parameters. The purpose of this study is therefore to investigate the impact of spatial resolution and level of smoothing during tactile stimulation using a precise stimuli system. Twenty-one volunteers were scanned using 2³ mm³ and 3³ mm³ voxel volume and subsequently evaluated using three different smoothing kernel widths. The overall activation reproducibility was also evaluated. Using a high spatial resolution proved advantageous for all fingers. At 2³ mm³ voxel volume, activation of the thumb, middle finger and little finger areas was seen in 89%, 67% and 50% of the volunteers, compared to 78%, 61% and 33% at 3³ mm³, respectively. The sensitivity was comparable for nonsmoothed and slightly smoothed (4 mm kernel width) data; however, increasing the smoothing kernel width from 4 to 8 mm resulted in a critical decrease (50%) in sensitivity. In repeated measurements of the same subject at six different days, the localization reproducibility of all fingers was within 4 mm (1 S.D. of the mean). The precise computer-controlled stimulus, together with data acquisition at high spatial resolution and with only minor smoothing during evaluation, could be a very useful strategy in studies of brain plasticity and rehabilitation strategies in hand and finger disorders and injuries.     

A comparison of the intensity contours of fringes due to multiple reflection and spatial hole burning in semiclassical theory of laser

A comparison between spatial burning in the semiclassical theory of laser and the intensity contours of the fringes due to multiple reflections in a Fabry-Perot cavity is presented. The concept of spatial hole burning is also used in a quantum well system.     

Nonlinear image self-filtering with liquid crystal spatial light modulator

Nonlinear spatial filtering is realized due to the electro-optical effect in spatial light modulators (SLMs). Optical methods with nonlinear filtering are suggested for various optical applications such as optical inspection of photolithography masks, wavefront sensor, etc. A fast optical response of the SLM allows optical inspection with a video (or faster) rate. The optical system proposed is tolerant to the vibrations and temperature variations because of the dynamic properties of the SLM.     

一种新的基于空间图案信号的多进制无线光通信技术

提出了一种新的多进制无线光通信技术,其基本原理是用一组相互易区分的空间图案代替传统无线通信中的会聚光斑传递信息.分析了该通信方案的信道容量,结果表明无线光通信系统存在未被利用的空间自由度,其大小与系统收发孔径和光波波长有关,与光场空间分布无关.通过合理设置系统的结构参数和设计信号图案,可以利用无线光通信系统的空间自由度增加信道容量.提出了一种实现该技术的光电系统方案,其关键组成部分为空间光调制器和图象相关器.详细描述了信号处理过程,具体包括二维相关处理、比较判决和进制转换三部分.分析了该方案的误码性能,得到了平均误码率的估算公式,分析得到了可降低误码率的信号设计基本规则.最后用一个透镜阵列处理器通过实验验证了该通信方案.     

一种新的基于空间图案信号的多进制无线光通信技术

提出了一种新的多进制无线光通信技术,其基本原理是用一组相互易区分的空间图案代替传统无线通信中的会聚光斑传递信息.分析了该通信方案的信道容量,结果表明无线光通信系统存在未被利用的空间自由度,其大小与系统收发孔径和光波波长有关,与光场空间分布无关.通过合理设置系统的结构参数和设计信号图案,可以利用无线光通信系统的空间自由度增加信道容量.提出了一种实现该技术的光电系统方案,其关键组成部分为空间光调制器和图象相关器.详细描述了信号处理过程,具体包括二维相关处理、比较判决和进制转换三部分.分析了该方案的误码性能,得到了平均误码率的估算公式,分析得到了可降低误码率的信号设计基本规则.最后用一个透镜阵列处理器通过实验验证了该通信方案.     

The effect of migration on the spatial structure of intraguild predation in metapopulations

We consider the effects of migration on intraguild predation (IGP) via lattice models and pair approximation. The following results can be found: there exists asymmetry between two consumers’ migration effects on the spatial structure of IGP; migration of each consumer reduces its own clumping degree; the spatial structure is influenced by the ecological neighborhood.     

Spatial structure of an incompressible quantum Hall strip

The incompressible quantum Hall strip is sensitive to charging of localized states in the cyclotron gap. We study the effect of localized states by a density functional approach and find electron density and the strip width as a function of the density of states in the gap. Another important effect is electron exchange. By using a model density functional which accounts for negative compressibility of the QH state, we find electron density around the strip. At large exchange, the density profile becomes nonmonotonic. Both effects, localized states and exchange, lead to a substantial increase of the strip width.     

Real-time non-linear spatial filtering with a leaky OASLM

In this paper we demonstrate image processing techniques such as edge enhancement and phase contrast by using an optically addressed liquid crystal spatial light modulator (OASLM) in the frequency plane of an optical 4f processor. The transfer function of the device is derived on the basis of the Jones formalism. Faced with a lack of a general theory for such non-linear optical processors, we show that an analogy to the propagation of optical pulses in fibres is helpful for the understanding of the image processing operation.     

新疆乌鲁木齐市城郊典型农田土壤镉污染及空间变异特征分析

采用石墨炉(GF-990)原子吸收法对乌鲁木齐市北郊4个乡、南郊2个乡的农田土壤镉含量进行了检测,并利用地统计学法分析了镉含量的空间变异性。结果显示:北郊农田土壤取样点的镉含量超标,均属于中等空间变异或强变异,块金系数>75%,说明变量空间的自相关性比较弱,主要受到当地施肥、灌溉、耕作等外源污染的随机因素影响。南郊农田土壤取样点镉含量未超标,接近临界的警示值,块金系数50.2%,属于中等的空间自相关性。结果揭示了新疆乌鲁木齐市城郊农田土壤镉含量分布的空间变异特征,为该地区农田土壤镉污染源解析和治理提供科学的基础资料。