一、用惠更斯-菲涅耳原理分析光的散射（论文文献综述）
张润南,蔡泽伟,孙佳嵩,卢林芃,管海涛,胡岩,王博文,周宁,陈钱,左超[1]（2021）在《光场相干测量及其在计算成像中的应用》文中研究表明光场的相干性是定量衡量其产生显着的干涉现象所具备的重要物理属性。尽管高时空相干性的激光已成为传统干涉计量与全息成像等领域不可或缺的重要工具,但在众多新兴的计算成像领域（如计算摄像、计算显微成像）,降低光源的相干性,即部分相干光源在获得高信噪比、高分辨率的图像信息方面具有独特优越性。因此,部分相干光场的"表征"与"重建"两方面问题的重要性日益凸显,亟需引入光场相干性理论及相干测量技术来回答计算成像中"光应该是什么"和"光实际是什么"的两大关键问题。在此背景下,系统地综述了光场相干性理论及相干测量技术,从经典的关联函数理论与相空间光学理论出发,阐述了对应的干涉相干测量法与非干涉相干恢复法的基本原理与典型光路结构;介绍了由相干测量所衍生出的若干计算成像新体制及其典型应用,如光场成像、非干涉相位复原、非相干全息术、非相干合成孔径、非相干断层成像等;论述了相干测量技术现阶段所面临的问题与挑战,并展望了其未来的发展趋势。
任俊超[2]（2021）在《同步辐射部分相干光传输模型的发展及应用》文中研究指明为了开展更前沿的实验方法应用,国际上开展了新一轮的自由电子激光和衍射极限环光源的建设和升级,二十多台具有高相干性的新光源正在建设或规划中。高相干性是自由电子激光和衍射极限环的一个重要特点,利用X光的高相干性,许多实验方法的性能得到了大幅度改进,提升了人们探索微观世界的能力。相干X光的广泛应用促进了高相干性光束线站的建设,也对束线设计提出了更高的要求,定量研究X光传播中相干性能的变化规律,并据此优化光束线设计,对于光束线的设计与建设是非常重要的。世界上较早发展的仿真模型有以几何光学为基础的SHADOW,其主要特点是起步早,传播模型的发展比较完善,运算速度快,但在相干光的处理方面无法满足新一代光源的束线设计需求。其它还有诸如SRW、XRT、HYBRID、COMSYL和PHASE等模型,面对高相干光源的设计仿真需求,都有各自的优势,但也都有不同的缺陷,无法满足高相干光束线设计仿真的全部需求。我们提出的MOI仿真模型是以统计光学为基础、用互强度描述部分相干光传输的光束线传输模型。利用有限元分析的方法将波前分割成多个小面元,根据菲涅尔积分计算部分相干光在每个小面元的互强度传播,然后将各个小面元的光学效果累积叠加,最终获得部分相干光在自由空间中的传播模型。在对小面元处理的过程中,认为小面元内部是全相干、等强度、等相位的。然而,由于同步辐射光波长一般为纳米量级,全相干和等强度条件容易满足,要满足等相位条件就需要分割过多的小面元分割,这无疑要求巨大的算力,无法满足使用过程中高效的设计要求。此处,我们引入面内波矢这一物理量,进一步发展了MOI模型,只需要较少的有限元分割,就能够获得更精确的计算结果,实现高效快速的模拟需要,使MOI模型具有更高的计算效率和精度。通过利用发展前后模型计算部分相干光在自由空间以及在带有面型的椭球柱面镜光学系统中传输结果的比较,验证了发展后MOI模型的优异特性,并且新模型能给出精确的面内波矢传播结果。利用发展后的MOI模型,研究了不同位置和开口的光阑对部分相干光的影响。相干度、强度和相位分布等信息都可以从互强度分布中提取,其中相位分布取决于孔径的大小和位置。结果表明,在优化的孔径尺寸和位置下,在椭球柱面镜焦平面可获得最宽的平面波分布。光束的相干性越好,孔径光阑对光束的作用能力就越大。还分析了孔径大小和位置对椭球柱面镜焦平面上强度和光斑大小的影响。通过优化光路,使焦平面出的平面波尺寸、光斑大小和强度之间取得平衡,以满足特定的实验需求。发展了部分相干光经过波带片的传输模型,并以上海光源08U1A软X射线扫描显微成像线站为例,分析了相干性对波带片显微成像的影响。结果表明,通过改变出射狭缝的大小可以调制入射到成像系统中光束的相干性,在实际成像过程中需要平衡相干性和光子通量才能实现高分辨率的STXM成像。
张玉莹[3]（2021）在《基于本征模叠加相关滤光原理的光纤激光模式分解技术》文中研究指明随着光纤技术的发展,光纤的传输功率显着提升,高功率的光纤系统在军事、通信、制造等领域广泛应用。不过传输能量过高会引发光纤内的非线性效应,通常选择增大纤芯直径降低能量密度,但是会增加导波模式数量;除此之外,光束在多模光纤中传输时,多个导波模式之间有模式竞争、模式耦合;激光器的泵浦源、谐振腔使用寿命减少,及配套电路器件老化等问题,均会使出射光束的光束质量下降,进而对光学系统的性能造成影响。光束质量因子M2和其他评价光束质量的参数,仅能选择性地反映激光束的传输情况或者聚焦程度,无法分析光束的模式特性。所以本文采取模式分解技术研究光纤激光的模式特性。论文首先分析光纤内的本征模式特性及光束衍射传输的基本原理,在此基础上,公式推导验证基于相关滤波原理的模式分解技术的理论正确性。在仿真实现模式分解过程中,结合双步ABCD算法,可调节远场频谱面的抽样单元尺寸,提高光斑分辨率。采用液晶位相调制器作为相关滤波器,对光纤出射光束进行位相调制,使光纤内传输的本征模式在空间上相互分离;提出远场光强数据处理算法,将CCD的探测光强导入计算机中,结合算法操作后获得光强分布,依据该光强数据可计算光纤内本征模式的权重系数和模间相对位相;并且仿真分析离焦、焦移误差因素对模式分解结果的影响;搭建实验平台,实现模式分解,通过实验分析空间载频分量和离焦误差对模式分解的影响。以上工作内容是为了解决模式分解技术在仿真分析和实际工程应用中的难题而开展,其中主要内容如下:1、将双步ABCD算法应用在模式分解的远场光斑分析中。由于傅里叶变换频谱面的采样率固定,在仿真时远场衍射光斑过于微小且集中以致无法分析;应用双步ABCD算法,可调节频谱面抽样单元尺寸,提高光斑分辨率,保证从光斑中选取光强数据的准确性,进而确保模式分解结果的准确性。2、选择液晶位相调制器完成位相调制,且提出远场光强数据处理算法共同实现模式分解。基于相关滤波原理可知,对光纤出射光束既有振幅调制和位相调制。液晶位相调制器调节位相,精准度高,其可编程的操作具有灵活性;提出远场光强数据算法,用算法处理光强数据模拟对光束振幅调制。仅位相调制可使光斑在频域相互分离,只有经过算法处理后的光强数据,才可被用于计算本征模式的相关参数。3、分析离焦、焦移影响因素对模式分解结果的影响。高阶高斯光束和高阶贝塞尔光束具有焦移的特性,仿真分析焦移误差因素的影响。在实际工程应用中,探测器的位置与几何焦点难免有离焦误差,通过仿真和实验得到,高阶模LP02模式受离焦的误差影响更大,而阶数更低阶的5个低阶模式,在相对离焦量-0.25%—0.25%范围内,模式分解结果误差率在10%以内。提出基于菲涅耳衍射的迭代寻焦算法,优化焦移误差。最后对整篇文章进行了总结,并对激光模式内容测量以及基于相关滤波原理的模式分解技术进行了展望,分析其未来的发展方向以及待解决的问题。
邬京耀[4]（2020）在《基于单光子的非视域成像方法与地下洞穴应用研究》文中研究说明非视域成像技术是计算成像领域中的一项新兴研究,该技术在众多领域中均有着重要的研究和应用价值,如深空探测、自动驾驶、医疗诊断、搜索救灾、反恐作战和历史考古。与传统成像技术相比,非视域成像技术可对视域之外的目标物体进行成像重建,在提供隐藏目标信息的同时,又可保证成像设备和操作人员在较远距离处对目标进行绕角成像,弥补了传统成像技术无法对视觉盲区的隐藏目标进行成像的缺陷,有效扩展了探测范围。以上因素使得非视域成像技术在计算成像领域体现出不可替代的价值,并促使其逐渐成为国际上的研究热点,而在国内非视域成像技术的研究尚处起步阶段。非视域成像技术依靠墙面、地面或窗户等作为中介反射面,利用激光发射器向中介反射面发射激光,激光经中介反射面反射后射向隐藏目标,接着由隐藏目标反射后回到中介反射面,采用探测器采集由中介反射面返回的三阶反射回波光子,提取回波光子携带的信息并通过相应成像算法对隐藏目标进行还原重建。由于采集的回波光子至少经过三次反射,其所携带的幅值信息和相位信息衰减较大,因此非视域成像技术对硬件设备的各类参数要求较高。当成像环境复杂而且成像范围较大时,由采集的微弱信号进行逆问题反向推导还原隐藏目标难度较高,重建精度和分辨率无法得到有效的保证。因此目前所有的非视域成像研究均处于实验室级别,采用理想中介反射面的同时只能在近距离下对尺寸较小的隐藏目标进行重建,与实际应用差距较大。由于硬件设备和后期重建算法的缺陷导致非视域成像技术无法应用于复杂环境中对距离较远的目标进行三维重建。因此,为了推动非视域成像技术的发展,将非视域成像技术早日应用于实际生活场景中,扩大成像范围,增加成像环境复杂度,解决非视域成像技术在真实场景中的重建问题迫在眉睫。围绕非视域成像技术目前存在的各类缺陷,本文通过构造不同成像模型建立与真实场景相符的三维模型等手段进行非视域成像分析与研究,主要研究内容和创新工作如下:1.通过对非视域成像采用的硬件设备中的探测器进行分析,提出了一种基于单光子探测器阵列的非视域瞬时成像方法。本文针对该方法中的单光子探测器阵列进行了研究,建立了相应的非视域瞬时成像模型并详细阐述了整个模型框架,基于对该成像模型求逆设计了基于单光子探测器阵列的非视域重建方法,并且设置了不同复杂度的单个和多个隐藏目标,通过采用不同尺寸的单光子探测器阵列并改变成像距离进行了多项实验,验证了成像模型和算法的有效性和适用性。2.通过和美国威斯康星大学麦迪逊分校展开合作,提出了一种基于相位场虚拟波的非视域成像模型。本文针对惠更斯-菲涅耳原理和基尔霍夫衍射公式对光波的传输和衍射进行了详细分析,将光场的概念推广到非视域成像场景中,给出了类似光场的相位场概念,用于描述光波在非视域成像场景中传输时的变化和相关特性。结合相位场传输框架,本文提出构造虚拟波模拟非视域光波传输,基于波传输将非视域成像过程看作一个线性系统,中介反射面作为采样平面对传输的虚拟波进行采样,通过对反射回的虚拟波中携带的幅值信息和相位信息进行提取还原并采用相应成像算法完成对隐藏目标的重建工作。基于该算法采用不同尺寸的单光子探测器阵列对不同复杂度的单个和多个隐藏目标进行非视域重建,验证了该成像模型和重建算法对重建图像质量的提升能力。3.在月球表面存在许多只有一个洞口裸露在外的洞穴,如果能够利用非视域成像技术在空中探测洞穴内部的场景,便可以在节约资源的同时得到洞穴内部的信息。为了使非视域成像技术与真实场景有效结合,同时为人类未来探索月球等外太空星球提供理论支撑和技术手段,本文将基于地面洞穴展开非视域成像研究。首先本文对美国新墨西哥州某处真实存在的地下洞穴进行激光雷达扫描得到其三维点云数据,应用点云表面重建算法中的径向基函数隐式曲面重建法对洞穴三维点云数据进行表面重建得到与真实洞穴形状尺寸相同的洞穴三维obj模型。将该洞穴三维obj模型作为非视域成像环境对洞穴内部隐藏场景应用相位场虚拟波非视域重建算法在不同角度不同视场下进行相应的二维和三维成像,在将非视域成像技术与真实复杂场景有效地结合起来的同时,为非视域成像技术在外太空星球探测中的应用提供了更多的理论和方法。4.基于非视域成像技术的研究提出了非视域成像技术的另一种应用方式:对隐藏目标进行定位与追踪,本文基于单光子探测器阵列提出了隐藏目标物体的绕角定位与追踪算法。利用不同场景作为非视域定位追踪实验场景,在隐藏场景内部放置不同运动轨迹的移动目标,利用提出算法根据时间先后顺序对隐藏目标在移动过程中的各个位置进行标记并对隐藏目标的运动轨迹进行了还原,验证了算法的可行性,并拓宽了非视域成像技术的应用领域。
杨飞跃[5]（2020）在《激光束二维偏转的GS相位反演算法研究》文中进行了进一步梳理空间光调制器在现代光学领域扮演着重要的角色,这种调制器可以实现光波的相位调制和幅度调制,能够实现较高的光能利用率和较高的衍射效率,且具有相位灵活性和实时性等优点,被广泛应用于空间滤波、图像处理、数字全息等领域。为了使空间光通信终端具有多用户即时通信能力,提高光通信系统的扫描范围,提升扫描精度;为了减轻通信系统的结构复杂性,使得操作简单,计算精确;本文将使用液晶二维空间光调制器来实现多光束的二维偏转。基于二维标量衍射方法采用改进的盖师贝格-撒克斯通（GS）算法来实现多光束的独立控制,并对光束在不同偏转角度下光束的衍射效率、均方根误差和光束的偏转精度进行了分析讨论,为空间光通信的多用户即时通信能力提供了保证。具体研究内容如下:（1）介绍了液晶材料的物理特性,依据液晶的弹性体理论分析了液晶材料在外加电场的作用下液晶指向矢的变化规律,同时以液晶的电光双折射效应为基础,仿真分析了不同液晶盒厚下入射光束光程差随电压的变化规律。其次以光的基础衍射理论为基础,对液晶空间光调制器的结构特性进行分析讨论。（2）在液晶相控阵模型下综述了使用周期性光栅法和非周期性光栅法实现光束偏转的理论,在此基础上,提出基于液晶空间光调制器使用适当的二维相位来直接实现单光束的二维偏转总体方案。从微波相控阵的理论出发,进一步地提出了使用子孔径法和交叉子阵法来实现多光束的二维偏转,建立二维相位平面结构模型。对子孔径法实现多光束的偏转进行分析,通过计算机优化处理实现双波束、三波束和四波束的偏转,得出子孔径权向量不相同时,生成波束的光强也就不相同;同理使用均匀交叉子阵法和非均匀交叉子阵法对多波束的生成进行分析,最后将子孔径法与交叉子阵法所得的相位分布和波束分布进行比较,得出采用交叉子阵法所得到的波束具有更高分辨率的结论。（3）依据激光光束整形的方法,提出了使用改进的GS算法来实现出射光束能量中心偏移入射中心方向且在远场集中于一点或几点的整形方法,即实现了多光束的二维偏转的新方案。该算法的特点在于以在像面干涉而生成多光束束斑为目标函数,通过算法计算输入面上的二维相位分布,以高斯平行光束通过衍射平面以后重构波阵面,生成多个强度受控、角度受控的束斑,以此实现平行入射的光束在二维任意角度的分束和偏转。结果表明,改进的GS算法计算得到远场双光束在0°到1.21°的二维径向偏转角度内,衍射效率和均方根误差分别在0.50.92和0.00460.019范围内波动,相比原始的GS算法所得到的结果有了明显的提高。（4）基于液晶空间光调制器使用改进的GS迭代算法对多光束的偏转进行了实验验证。通过分析不同偏转角度下的双光束和四光束的偏转误差,得出随着径向偏转角度的增大,双光束的偏转误差逐渐增大,偏转精度逐渐减小。当双光束的偏转角度在0°1.1°范围内偏转时,得到光束的偏转误差在00.003mrad内波动。最后,通过实验验证了算法的可控性和有效性。
张瑞瑞[6]（2020）在《基于超表面自旋轨道相互作用的晶格和阵列矢量光场调控研究》文中提出对新型空间结构光场的探索与调控是当前光学领域的前沿研究热点之一,以理想的方式控制光场的相位和偏振是光场调控的关键。超表面由空间非均匀各向异性微纳结构组成,在与光相互作用的过程中显现出强烈的自旋-轨道相互作用而产生空间变化的光学响应,这使得超表面能够在亚波长尺度内有效调控电磁波的偏振和相位。通过改变超表面单元结构的旋转角度、几何形状、大小和尺寸可以简单灵活地实现对光场的激发、传输与空间分布的调制。目前超表面的各种重要应用包括宽带消色差超透镜、全息、高效偏振器件、涡旋和矢量光束产生器件等,具有优于传统光学器件的现象和功能。晶格光场是具有周期性分布的结构化势场,最初用来捕获和囚禁超冷原子以实现对单个原子的操控。随着科技的发展,晶格光场被应用于光子晶体光刻、微流体分选、超分辨显微等多个研究领域。此外,将涡旋特性与传统晶格光场相结合形成具有周期性相位奇异的二维晶格光场引起了科学界的广泛关注,相比于没有螺旋相位变化的晶格光场具有更大的应用前景。利用超表面产生拓扑态可调的亚波长晶格光场可以极大简化光学系统的体积,并可能应用于经典物理和拓扑光子学等领域。矢量光场是一种新型的结构化光场,在携带有轨道角动量的同时具有横截面各向异性分布的偏振态,可以用高阶庞加莱球、杂化庞加莱球及广义庞加莱球进行描述。阵列矢量光场是按照一定规则排列的周期性矢量光场,由于其周期性空间分布和传播时的相干性等特性,在光学捕获、光学加工和量子科学领域中起到重要作用。现阶段阵列矢量光束的产生主要依赖于复杂的传统光学元件,而利用超表面结构实现亚波长尺度的阵列矢量光场对推动高阶庞加莱球阵列矢量光束向亚波长尺度方向发展具有重要意义。本论文利用等离激元超表面对光场相位和偏振态的控制规律,实现了纳米尺度的晶格光场和高阶庞加莱球上Bell态阵列矢量光场的产生与调控;基于超表面的自旋-轨道相互作用使光场调控具有更高的偏振自由度这一特点,实现了拓扑态独立可控的双偏振通道纳米晶格光场。本论文的研究内容如下:1.绪论部分概述了本论文内容相关领域的研究背景。首先介绍了等离激元的基本概念、特性及应用;介绍了超表面的概念,分析了基于超表面的广义斯涅耳定律、超表面的相位调控方式及其典型功能器件;介绍了自旋-轨道相互作用现象在光学中的基本起源和重要应用;介绍了偏振态及相关偏振器件;介绍了涡旋光束、矢量光束的基本特性以及矢量光束在高阶庞加莱球上的描述;概括并分析了宏观尺度涡旋阵列光束和晶格光场的特征及产生方法,以及基于等离激元微纳结构和超表面产生亚波长晶格光场的研究现状。2.第二章通过在分段螺旋线上排列旋转的正交纳米缝对结构,实现了圆偏振亚波长光学晶格场的产生和调控。首先,利用金属纳米缝激发表面等离激元的原理分析得出每对纳米缝的功能等效于一个二分之一波片,具有将入射圆偏振光转化为手性反转的圆偏振光的功能。将纳米缝对作为结构单元旋转排列在分段螺旋线上,模拟多光束干涉并通过调整缝对的旋转和螺旋线的螺距分别调整超表面的几何相位和动态相位,以调整相邻两段螺旋线激发光束的相位差,从而达到调控光学晶格拓扑态的目的。理论分析得到了Hexagonal、Hexagonal vortex、Kagome以及Honeycomb四种拓扑态的光学晶格场的表达式,总结了螺旋线螺距、纳米缝对的旋转速度和入射圆偏振光的手性对晶格拓扑态的调控规律。以Honeycomb晶格场为例,通过改变各段螺旋线的长度分析并讨论了光学晶格场的演化过程。根据公式计算理论结果并与FDTD模拟结果相比较。实验搭建马赫-曾德尔干涉系统记录四个超表面产生的四种光学晶格场的光强图样以及其与参考光的干涉条纹,经计算提取了晶格光场的相位分布。最后,对实验结果进行分析和讨论,证明了利用分段螺旋超表面产生并调控亚波长光学晶格场的可行性。3.第三章提出超表面中光的自旋-轨道相互作用可以实现对双偏振通道光场的调控,基于多光束干涉原理设计了由金属纳米缝阵列组成的圆形孔径分别排列在圆和螺旋线上两种超表面,分别实现了双偏振通道的具有独立拓扑态的亚波长光学晶格场。首先推导出单个纳米缝在圆偏振光入射下的激发光场是手性相反的两自旋通道中圆偏振光场的叠加,然后根据表面等离激元的惠更斯-菲涅尔原理,分析得出水平线偏振光激发下的超表面在其中心区域产生空间重叠的双偏振通道晶格光场。理论推导了偏振滤波的过程,最终在互相垂直的两个线偏振方向滤出两个相反自旋通道的晶格光场的表达式。总结了两种超表面对应的参数并且从相位的角度分析各偏振通道中光学晶格拓扑态的调控规律。分析并讨论了超表面产生双偏振通道晶格场的FDTD模拟结果。实验搭建马赫-曾德尔干涉系统和偏振滤波系统,分别记录两个超表面产生的双偏振通道晶格场的光强图样和干涉条纹,计算提取了各通道中晶格光场的相位分布。最后,对实验结果进行分析和讨论,验证模拟结果。4.第四章提出一种分立扇形区域内同心圆弧段上排布的单缝超表面以实现高阶庞加莱球赤道上的聚焦亚波长Bell态阵列矢量光场。在同心圆弧形成的分立扇形区域内排列单缝结构,模拟相邻光束间等相位差的多光束干涉,产生涡旋晶格光场。针对左右旋圆偏振入射光设计了旋向嵌套的两组超表面,各组超表面具有径向透镜相位和旋向涡旋相位分布,可实现正交圆偏振的拓扑荷相反的两组涡旋晶格光场的叠加。进而改变其中一组超表面纳米缝的初始取向角来调节两组晶格光场之间的相位差,获得庞加莱球赤道上四个Bell态,即|TM>,|TE>,|HEe>和|HEo>四种模式的阵列矢量光场。本章从理论上介绍了超表面透镜和涡旋相位分布的表达式和两种相位的组合方法。根据惠更斯-菲涅尔原理推导出距离超表面10微米横截面内的两组具有正交圆偏振和相反拓扑荷的涡旋阵列光场的表达式,以及两者叠加成为阵列矢量光场的表达式。分析并讨论了超表面产生阵列矢量光束的FDTD模拟结果,并用模拟数据计算了光场的偏振态分布,验证理论的可行性。
熊岩[7]（2020）在《基于电磁散射仿真的粗糙度视觉测量研究》文中研究表明制造业的精密化智能化日益成为未来制造业发展的核心内容和重大趋势,以磨削为代表的加工方式是实现精密制造的重要手段。表面粗糙度与机械零件润滑、配合、振动等众多性质以及使用寿命有密切关系。基于机器视觉的粗糙度测量因其集成性高、可扩展性强、稳定性好等众多优点有望实现磨削加工过程中的工件表面粗糙度在线在位测量,从而提高加工质量以及智能化水平。当前粗糙度视觉测量研究存在着建立实验预测模型费时费力、工件表面散射成像机理不明、缺乏图像特征指标设计优化方法等问题。鉴于表面粗糙度视觉测量对提高精密制造加工质量、智能化水平的重要性和现有研究工作的不足。本文以磨削加工为例,提出基于电磁散射有限元仿真进行粗糙度视觉测量研究,并予以实验对比验证。主要研究工作如下:（1）针对建立粗糙度视觉测量实验预测模型费时费力的问题,提出基于电磁散射有限元仿真进行粗糙度视觉测量研究的方法。研究了各种常用计算电磁学方法的原理以及实现过程,分析了基尔霍夫近似法、微扰法、矩量法、有限元法等的实现过程、优缺点、适用条件和限制。（2）针对因工件表面散射成像机理不明产生的图像特征指标意义不明晰问题,建立了物体表面散射模型,解释了物体表面信息对散射场分布的影响;基于光度学原理分析了光散射成像过程,定量分析了光从物平面到像平面过程中能量转换情况;建立了CCD传感器光电转换模型,剖析了信息从光信号到电信号再到数字信号的转换过程。通过以上分析,诠释了数字图像像素与表面粗糙特征之间的联系,并实现了对实际成像过程的分析简化,建立了磨削表面一维粗糙表面以及相应的有限元仿真模型,完成了对模型的求解分析。（3）针对缺乏图像特征指标设计优化方法的问题,基于有限元仿真结果,提出散射场的能量大小、能量信息分布、能量近似重合面积等特征与粗糙度之间有关联关系,设计了单色背景下的能量大小指标E,双色背景下的能量和指标EP、能量差指标EL,单色背景下能量信息熵指标H,蓝红双色光入射下的重合面积指标S。并分析了区域能量近似定义对重合面积指标S的影响,实现了对重合面积指标S的设计与优化。（4）为验证基于电磁散射有限元仿真进行粗糙度视觉测量研究方法的有效性,搭建了相应的粗糙度视觉测量实验系统。使用实验图像验证了在各色背景下图像特征指标E、EP、EL、H、S与粗糙度之间的关联关系,并将S指标拟合优度R2从0.8269提高到0.9478。与原有的指标设计方法所设计的Ga指标、F2指标相比,本研究所设计的指标优势突出,其拟合精度明显高于原有方法所设计指标。论文研究工作为表面粗糙度视觉测量提供了重要的借鉴意义。在一定程度上有助于促进机器视觉在粗糙度在线在位测量领域的应用,从而提高精密制造的加工质量和智能化水平。
洪青青[8]（2020）在《基于衍射轴锥镜的全息投影系统研究》文中认为在经典的全息投影系统中,借助空间光调制器（Spatial Light Modulator,SLM）对入射光波进行调制,仅在傅里叶透镜的焦平面形成清晰的重构图像。硅基液晶（Liquid Crystal on Silicon,LCoS）—作为SLM的一种,具有高像素填充率、尺寸小以及衍射效率高等优点。需要指出的是,上述全息投影系统中,当重构平面远离聚焦平面时,全息重构图像会变得越来越模糊,为了扩大全息投影系统重构图像在光场传播方向上的显示范围,许多研究者开展了多平面全息投影的研究工作。尝试了利用不同传播距离的菲涅耳相位全息图或可编程的菲涅耳相位透镜以得到多平面清晰的重建图像。但是上述方法需要调整可编程菲涅耳透镜的焦距或单独计算出相应的菲涅耳相位全息图,影响了系统的可扩展性。为了解决上述问题,本文尝试充分挖掘SLM自身具有的基于像素的可编程相位调制特性,灵活地编码实现大焦深特性衍射光学元件（Diffractive Optical Element,DOE）,通过与相位全息图结合共同调制入射光场。论文的主要研究工作及创新点总结如下:1)将轴锥镜的大焦深特性应用于全息投影,在沿着光场传播方向一段范围内均形成比较清晰的全息再现像。首先,利用迭代傅里叶算法生成相位全息图。通过在相位全息图上叠加轴锥镜相位形成新的相位分布,加载至纯相位调制的LCoS上,建立基于轴锥镜的全息投影系统。利用LCoS的可编程性,可以设置不同的轴锥镜参数。以准直后的激光为光源入射LCoS,沿着光场传播方向观测距离焦平面不同位置处的全息再现像。实验结果表明,与基于菲涅尔透镜的全息投影系统相比,通过设定轴锥镜的起始焦距和焦深等参数,可以在一段范围内的连续平面上观察到较为清晰的全息再现像。2)采用LCoS可以实现动态地加载纯相位全息图,然而,由于受到空间带宽积的限制,对于设计具有较小像素特征尺寸的衍射元件存在困难。因此在本文中,进一步使用激光直写系统来制备所需的衍射相位元件（Diffraction Phase Element,DPE）。首先,利用计算机将轴锥镜的相位分布进行相位压缩处理得到衍射轴锥镜,在模拟实验中将生成的相位全息图与衍射轴锥镜的相位分布进行叠加,形成新的相位分布进而观察沿光轴传播方向的菲涅尔衍射再现象的相对强度分布。然后,利用激光直写光刻技术在光刻胶基板上曝光形成所需DPE,在光刻胶中实现了有限的量化相位（台阶数m=2,m=4）。通过对比实验,分别观察了在相位全息图上叠加衍射轴锥镜相位和衍射菲涅耳透镜相位后的重建图像。实验结果表明,在全息投影系统中使用制备的DPE可以在一段范围内的连续平面上同时观察到近似清晰的全息图像。由于激光直写系统可以通过控制曝光量在光刻胶表面制作出所需的光刻结构,并且该系统结构简单,运行稳定,进一步简化了全息投影系统。
杨智焜[9]（2020）在《基于局域空心光束的光镊技术研究》文中提出空心光束具备很多新颖且独特的特征,比如桶状光强分布、螺旋波阵面、中心相位奇异、自旋角动量和轨道角动量、暗斑尺寸小和无加热效应等。这些新颖的物理特征使得空心光束在激光冷却和囚禁、光学镊子、微观粒子（生物细胞、原子、分子和电介质粒子）操控等方面具有广阔的应用前景,因此空心光束吸引了众多科研工作者的研究兴趣。而在空心光束中有一个更为特殊的光束种类,引起了人们的广泛关注。这种空心光束在传播方向上具有非常小甚至零光强的三维闭合区域。该区域的周围是高强度的光场分布,像一个特殊的密闭空间,我们称这类激光束为局域空心光束（bottle beam）。近年来,由于局域空心光束具有三维封闭的暗空心区域和极高的强度梯度的特点,在粒子俘获和光学微操作领域得到了广泛的应用。因此,如何简便地获得合适尺寸的局域空心光束成为近年来的研究热点。本论文对局域空心光束的设计产生及捕获粒子进行了一定的研究分析,设计更加简单高效产生局域空心光束的光学系统,并利用COMSOL和MATLAB软件对局域空心光束捕获碳纳米团簇粒子进行相关光镊作用力分析。本论文的主要研究工作可划分为以下几个方面:（1）采用半导体激光变发散角整形设计,并结合轴棱锥-透镜系统聚焦,获得单光束可调谐局域空心光束,并对局域空心光束的尺寸可调谐特性进行了研究分析。（2）为了拓宽局域空心光束与其他测量技术结合,进一步改进了局域空心光束的产生方式,采用双光束设计形成局域空心光束。两束光分别通过设计的双轴锥透镜产生空心光束,并结合设计的抛物环形曲面镜聚焦,组合形成复合局域空心光束的俘获光束。（3）结合单光束光阱系统的简单性和双光束光阱系统的稳健性,采用共焦光束设计产生局域空心光束;共焦设计提供了更好的捕获稳定性,更少的占用空间及更长的工作范围。（4）分析了像散椭圆高斯光束对局域空心光束的影响。研究了不同离心率的椭圆高斯光束为入射光时,轴棱锥-透镜系统形成的局域空心光束的中心衍射斑与光束形貌演变过程。（5）以双光束局域空心光束为例,研究局域空心光束的光镊技术捕获特性。结合COMSOL与MATLAB软件,研究了局域空心光束对碳纳米团簇粒子的捕获作用力与捕获特性分析。
秦培杰[10]（2020）在《用于感测机械旋转状态的RFID非侵入式感知模型研究》文中研究表明物联网的蓬勃发展和工业4.0的提出推动了现代工厂的智能化与自动化进程,而智能工厂对设备监控技术也提出了新的要求——非侵入式监测。射频识别（Radio Frequency Identification,RFID）技术作为工业中广泛应用的物联网技术,因其无源感知的优点也成为了普适计算领域中代表性的非侵入式感知技术,将其应用到工业新时代的设备监控系统中有着得天独厚的天然优势。为了解决机械设备异常或故障状态的信号数据难以获取和RFID完全非侵入式监测方案适用性弱的问题,本文将研究出一项能够辅助旋转设备监控系统实际开发与部署的工具,并建立了一款可用于感测机械旋转状态的RFID非侵入式感知模型。而现有研究的方法及成果无法满足对旋转状态的细微感知,因此本文从电磁波传播物理规律出发,建立了完备、灵活、可靠的RFID感知模型,主要研究成果如下:（1）对RFID用于非侵入式感知进行了深入分析,提出了RFID的电路化传播以规范所有信号影响因素间的叠加计算;提出RFID的光屏化感知以直观化抽象的感知过程。（2）从多种电磁波传播理论中选出最适合本文场景的理论公式,并通过严密推导和合理改写,建立了理论扎实且精准的RFID感知模型。（3）运用成熟的机械领域学识,建立完备的叶轮旋转动力学模型,使用户可以通过设置参数得到相应的叶轮旋转状态现象,并将该运动模型嵌入感知模型中,省去了数据转化的繁琐。（4）在仿真空间中总结出各场景中叶轮偏心和颤振的信号特征,并进行部分情形的验证实验,证明了本文设计的RFID感知模型用于感测机械旋转状态的高准确性及有效性。本文首先介绍了RFID非侵入式感测机械旋转状态的背景和研究意义,分析当前研究的限制和不足,接着对基于RFID的传统机械状态感知技术和基于RFID的非侵入式感知技术等相关研究进行了简要综述,并提出本文的技术路线;而后详细介绍了叶轮旋转动力学模型和RFID非侵入式感知模型建立的理论依据和具体方法,并将二者融合;然后进行大量的仿真实验总结出叶轮异常旋转的信号特征,并通过实际实验部分验证了仿真结果的准确性和有效性;最后对未来的研究工作进行展望。
二、用惠更斯-菲涅耳原理分析光的散射（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、用惠更斯-菲涅耳原理分析光的散射（论文提纲范文）
（1）光场相干测量及其在计算成像中的应用（论文提纲范文）
| 1 引言 |
| 2 光场表征：从相干到部分相干 |
| 2.1 相干光场的复振幅表征 |
| 2.2 部分相干光场的表征 |
| 2.2.1 部分相干光场的关联函数表征 |
| 2.2.2 部分相干光场的相空间表征 |
| 2.3 几何光学近似下的光场表征 |
| 3 光场传输：从相干到部分相干 |
| 3.1 相干光场的传输 |
| 3.2 部分相干光场的传输 |
| 3.3 部分相干光场的相干模式分解 |
| 4 光场测量：从相位测量到相干测量 |
| 4.1 相位测量与相位恢复 |
| 4.2 相干测量与相干恢复 |
| 4.2.1 干涉相干测量 |
| 4.2.2 非干涉相干恢复 |
| 4.2.3 非干涉相干采样 |
| 4.3 光场成像与计算光场成像 |
| 4.3.1 光场直接采样 |
| 4.3.2 基于光强传输的计算光场成像 |
| 5 基于相干测量的计算成像新体制 |
| 5.1 光场成像与显微 |
| 5.2 非干涉相位复原 |
| 5.3 非相干全息术 |
| 5.4 散斑相关穿透散射介质成像 |
| 5.5 非相干合成孔径 |
| 5.6 非相干断层成像 |
| 6 相干测量的典型应用 |
| 6.1 生物显微成像 |
| 6.2 计算摄影 |
| 6.3 光束表征 |
| 6.4 光学测量 |
| 6.5 远场被动探测 |
| 6.6 无透镜成像 |
| 7 相干测量技术所面临的问题与挑战 |
| 7.1 时空相干性耦合情况下问题的复杂性 |
| 7.2 重要科学意义与有限实用价值间的矛盾性 |
| 7.3 从低维数据采样到高维相干函数重建的病态性 |
| 7.4 高维海量数据采集运算及其存储的挑战性 |
| 8 总结与展望 |
（2）同步辐射部分相干光传输模型的发展及应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 引言 |
| 1.1 同步辐射技术的发展 |
| 1.2 上海光源 |
| 1.2.1 同步辐射的性质 |
| 1.2.2 SSRF的应用 |
| 1.3 光束的相干性及应用 |
| 1.3.1 相干性 |
| 1.3.2 相干性的应用 |
| 1.4 同步辐射光束线传输仿真模型的发展 |
| 1.5 MOI模型的提出及应用 |
| 1.6 论文研究内容与意义 |
| 第二章 部分相干传播理论 |
| 2.1 时间相干与空间相干 |
| 2.2 标量衍射理论 |
| 2.2.1 惠更斯-菲涅耳原理与基尔霍夫衍射公式 |
| 2.2.2 夫琅禾费衍射 |
| 2.3 互强度的传播 |
| 2.4 范希特-泽尼克定理 |
| 第三章 部分相干光传输中的面内波矢分布 |
| 3.1 面内波矢 |
| 3.2 引入面内波矢的MOI模型 |
| 3.3 面内波矢的传播 |
| 3.4 互强度在自由空间中的传播 |
| 3.4.1 通过全开的孔径光阑的传播 |
| 3.4.2 经过不同光阑尺寸的传播 |
| 3.4.3 面内波矢奇异点的分析 |
| 3.5 互强度经过椭球柱面镜的传播 |
| 3.6 小结 |
| 第四章 应用MOI模型分析光阑对部分相干光传输的影响 |
| 4.1 光束线设计 |
| 4.2 BDA面上的互强度分布 |
| 4.3 通过调整BDA椭球柱面镜聚焦光路实现波前优化 |
| 4.3.1 焦平面上的互强度随BDA开口变化 |
| 4.3.2 焦平面上的MOI随 BDA位置及开口变化 |
| 4.4 焦平面互强度沿焦深的分布 |
| 4.5 真实焦平面出的互强度分布 |
| 4.6 小结 |
| 第五章 部分相干光经过波带片的传输研究 |
| 5.1 菲涅尔波带片 |
| 5.2 部分相干光经过波带片的传播 |
| 5.2.1 相干性对波带片聚焦能力的影响 |
| 5.2.2 中心挡板对波带片聚焦的影响 |
| 5.3 STXM实验站的波带片聚焦 |
| 5.3.1 部分相干光经过光束线站的传播 |
| 5.3.2 实验部分 |
| 5.4 小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（3）基于本征模叠加相关滤光原理的光纤激光模式分解技术（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 相关领域的国内外研究现状 |
| 1.2.1 激光光束质量评价 |
| 1.2.2 激光模式分解技术 |
| 1.2.3 相关滤波器的发展 |
| 1.3 论文结构安排 |
| 第二章 光纤内激光模式分析 |
| 2.1 光纤内模式分析 |
| 2.1.1 无源光纤内模式分析 |
| 2.1.2 有源光纤内模式分析 |
| 2.2 光束衍射传输 |
| 2.2.1 衍射传输理论 |
| 2.2.2 柯林斯公式 |
| 2.3 像面抽样单元尺寸可变算法 |
| 2.3.1 两步菲涅耳传输 |
| 2.3.2 双步ABCD算法 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 基于相关滤波器的模式分解 |
| 3.1 基于相关滤波原理的模式分解技术 |
| 3.2 相关滤波器的实现方法 |
| 3.2.1 计算机全息片 |
| 3.2.2 液晶空间光调制器 |
| 3.3 误差分析及优化 |
| 3.3.1 离焦因素 |
| 3.3.2 焦移因素 |
| 3.3.3 焦移误差优化 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 模式分解的仿真分析 |
| 4.1 模式分解仿真结果 |
| 4.2 离焦仿真分析 |
| 4.2.1 数值积分 |
| 4.2.2 基于双步ABCD算法 |
| 4.3 焦移仿真分析 |
| 4.3.1 LP模焦移误差 |
| 4.3.2 HG模焦移误差 |
| 4.4 计算机全息图编码及波前重现 |
| 4.4.1 李威汉编码 |
| 4.4.2 罗曼III型编码 |
| 4.5 液晶位相调制器的仿真分析 |
| 4.5.1 相息图及波前重现 |
| 4.5.2 远场光强数据处理 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 模式分解实验研究 |
| 5.1 实验关键器件介绍 |
| 5.1.1 激光器和光纤性能参数 |
| 5.1.2 液晶位相调制器 |
| 5.1.3 CCD相机的性能参数 |
| 5.2 搭建实验 |
| 5.2.1 少模光纤光场 |
| 5.2.2 模式分解光场 |
| 5.2.3 空间载频分量实验分析 |
| 5.2.4 离焦实验分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 论文工作总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（4）基于单光子的非视域成像方法与地下洞穴应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 符号列表 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 非视域成像技术国内外研究现状 |
| 1.2.1 非视域成像国外研究现状 |
| 1.2.2 非视域成像国内研究现状 |
| 1.3 论文的主要内容与结构安排 |
| 第2章 激光非视域成像模型与重建算法相关知识 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 基于光子飞行时间的激光非视域成像模型与重建算法 |
| 2.2.1 基于非共焦成像系统的非视域成像模型与重建算法 |
| 2.2.2 基于共焦成像系统的非视域重建算法 |
| 2.3 基于光强度的激光非视域成像模型与重建算法 |
| 2.3.1 遮挡物已知条件下的非视域强度成像 |
| 2.3.2 遮挡物未知条件下的非视域强度成像 |
| 2.3.3 基于中介反射面BRDF的非视域强度成像 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 基于单光子探测器阵列的非视域瞬时成像研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 单光子成像技术研究 |
| 3.2.1 单光子探测成像原理 |
| 3.2.2 单光子探测器SPAD工作原理 |
| 3.3 非视域瞬时成像模型研究 |
| 3.4 基于SPAD阵列的非视域重建方法研究 |
| 3.5 图像质量评价方法 |
| 3.6 成像结果与分析 |
| 3.6.1 参数设置 |
| 3.6.2 结果与分析 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 相位场虚拟波非视域成像算法研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 光波数学表达形式 |
| 4.3 惠更斯-菲涅耳原理和基尔霍夫衍射理论 |
| 4.4 相位场虚拟波非视域成像模型研究 |
| 4.5 相位场虚拟波非视域成像重建算法研究 |
| 4.6 成像结果与分析 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 地下洞穴非视域成像应用研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 洞穴点云表面三维重建算法研究 |
| 5.3 相位场虚拟波非视域成像算法在真实洞穴模型中的成像结果分析 |
| 5.3.1 参数设置 |
| 5.3.2 结果与分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 基于单光子探测器阵列的非视域定位与追踪研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 非视域定位追踪模型研究 |
| 6.3 非视域定位追踪算法研究 |
| 6.3.1 中值滤波算法 |
| 6.3.2 高斯拟合算法 |
| 6.3.3 定位追踪算法研究 |
| 6.4 轨迹相似度算法 |
| 6.4.1 Hausdorff距离算法 |
| 6.4.2 弗雷歇距离算法 |
| 6.5 定位追踪结果与分析 |
| 6.6 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 本文工作总结 |
| 7.2 本文主要创新点 |
| 7.3 未来展望 |
| 参考文献 |
| 附录:成像与定位追踪算法 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（5）激光束二维偏转的GS相位反演算法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 波束偏转技术的发展状态 |
| 1.2.2 液晶空间光调制器的发展状态 |
| 1.3 论文的主要工作和结构 |
| 第二章 液晶基本理论 |
| 2.1 液晶的基本概念和结构特点 |
| 2.2 液晶的弹性体理论 |
| 2.2.1 向列型液晶的连续弹性自由能 |
| 2.2.2 液晶指向矢分布特性计算 |
| 2.3 液晶的电控双折射效应 |
| 2.4 本章小节 |
| 第三章 液晶空间光调制器的基本理论 |
| 3.1 光的衍射理论 |
| 3.1.1 基尔霍夫衍射 |
| 3.1.2 夫琅禾费衍射和菲涅耳衍射 |
| 3.1.3 衍射的角谱模型 |
| 3.2 液晶空间光调制器的模型 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 多光束二维偏转方法设计 |
| 4.1 光束的一维偏转 |
| 4.1.1 周期性闪耀光栅法 |
| 4.1.2 非周期性闪耀光栅法 |
| 4.2 光束的二维偏转 |
| 4.2.1 单光束的二维偏转 |
| 4.2.2 多光束的二维偏转 |
| 4.2.2.1 子孔径法 |
| 4.2.2.2 交叉子阵法 |
| 4.2.2.3 GS相位迭代算法 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 仿真结果分析 |
| 5.1 单光束的二维偏转分析 |
| 5.2 多波束生成的仿真分析 |
| 5.2.1 子孔径法仿真分析 |
| 5.2.2 交叉子阵法仿真分析 |
| 5.2.3 GS算法仿真分析 |
| 5.2.3.1 双光束的二维偏转 |
| 5.2.3.2 四光束的二维偏转 |
| 5.2.4 改进的GS相位迭代算法 |
| 5.3 光束发散角调制因素分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 实验验证 |
| 6.1 实验装置 |
| 6.2 实验数据处理及分析 |
| 6.3 本章总结 |
| 第七章 全文总结与展望 |
| 7.1 全文总结 |
| 7.2 后续工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
（6）基于超表面自旋轨道相互作用的晶格和阵列矢量光场调控研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 表面等离激元 |
| 1.1.1 表面等离激元的基本特性 |
| 1.1.2 表面等离激元的应用进展 |
| 1.2 超表面的研究进展 |
| 1.2.1 超表面的概念 |
| 1.2.2 广义斯涅耳定律 |
| 1.2.3 基于相位的超表面分类 |
| 1.2.4 超表面功能器件 |
| 1.3 光的自旋-轨道相互作用 |
| 1.3.1 光的角动量和几何相位 |
| 1.3.2 光的自旋霍尔效应 |
| 1.3.3 光在各向异性介质中的自旋-轨道相互作用 |
| 1.3.4 倏逝波场中的自旋-动量锁定 |
| 1.4 光场的偏振特性 |
| 1.4.1 偏振态的描述 |
| 1.4.2 偏振光及偏振器件的琼斯矩阵 |
| 1.5 矢量光场概述 |
| 1.5.1 涡旋光束 |
| 1.5.2 矢量光场及其偏振态的描述 |
| 1.5.3 高阶庞加莱球矢量光场 |
| 1.6 涡旋阵列及晶格光场的研究进展 |
| 1.6.1 涡旋阵列及晶格光场的产生方法 |
| 1.6.2 纳米尺度晶格光场的研究概况 |
| 1.7 本论文的主要研究内容和安排 |
| 第二章 等离激元超表面结合几何相位和动态相位调控纳米尺度晶格光场 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 超表面的结构设计及产生晶格光场的理论推导 |
| 2.2.1 超表面的设计原理及纳米缝对的透射光场 |
| 2.2.2 拓扑态可调的晶格光场的产生及演化 |
| 2.3 FDTD模拟和实验验证 |
| 2.3.1 超表面的FDTD模拟及结果讨论 |
| 2.3.2 实验装置及实验结果分析 |
| 2.4 总结 |
| 第三章 基于等离激元超表面的自旋-轨道相互作用调控双偏振通道晶格光场 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 双偏振通道晶格光场的产生原理 |
| 3.2.1 超表面的设计介绍 |
| 3.2.2 单缝透射场的理论推导 |
| 3.2.3 超表面产生双偏振通道晶格光场的理论推导 |
| 3.2.4 偏振滤波过程的理论推导 |
| 3.3 双偏振通道晶格光场的调控规律 |
| 3.4 模拟结果与讨论 |
| 3.5 测量装置与实验结果分析 |
| 3.6 总结 |
| 第四章 几何相位超表面产生亚波长阵列矢量光场 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 高阶庞加莱球面上的矢量光束及Bell态 |
| 4.3 超表面的相位编码原理 |
| 4.4 超表面产生Bell态阵列矢量光场的理论推导 |
| 4.5 模拟计算及结果分析 |
| 4.6 总结 |
| 第五章 工作总结和展望 |
| 5.1 全文工作总结 |
| 5.2 下一步工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表的学术论文 |
| 致谢 |
（7）基于电磁散射仿真的粗糙度视觉测量研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 粗糙度测量国内外研究与应用现状 |
| 1.2.1 国外粗糙度测量的研究与应用 |
| 1.2.2 国内粗糙度测量的研究与应用 |
| 1.2.3 表面粗糙度视觉测量研究现状 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 1.3.1 问题的提出 |
| 1.3.2 本文的研究思路 |
| 1.3.3 本文的章节安排 |
| 第2章 电磁仿真原理及应用模型 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 电磁仿真的数学原理 |
| 2.2.1 麦克斯韦方程 |
| 2.2.2 亥姆霍兹方程 |
| 2.2.3 菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 |
| 2.3 电磁问题求解方法 |
| 2.3.1 基尔霍夫近似法 |
| 2.3.2 微扰法 |
| 2.3.3 矩量法 |
| 2.4 基于有限元方法的电磁问题求解 |
| 2.4.1 区域离散 |
| 2.4.2 插值函数 |
| 2.4.3 方程组公式的建立与求解 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 光从微观磨削表面散射成像有限元仿真模型 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 机械加工件微观表面散射成像过程的物理模型 |
| 3.2.1 物体粗糙表面双色光散射模型 |
| 3.2.2 基于光度学的可见光成像过程 |
| 3.2.3 摄像机CCD传感器光电转换模型 |
| 3.3 基于蒙特卡罗法的磨削表面粗糙度数值模型的建立 |
| 3.3.1 粗糙表面高度起伏描述参数 |
| 3.3.2 一维随机粗糙表面生成方法 |
| 3.4 机械加工件微观表面散射的有限元仿真模型建立与求解 |
| 3.4.1 成像过程的有限元仿真简化模型 |
| 3.4.2 物理场配置 |
| 3.4.3 光学材料特性 |
| 3.4.4 网格划分 |
| 3.4.5 数值求解方法 |
| 3.4.6 后处理与仿真结果 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 基于电磁散射仿真的图像特征指标设计与优化 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于区域能量大小的图像特征指标设计 |
| 4.2.1 单色区域能量指标 |
| 4.2.2 双色区域能量指标 |
| 4.3 基于空间区域能量离散分布的图像特征指标设计 |
| 4.3.1 香农熵基础概念 |
| 4.3.2 空间区域能量离散分布的香农熵指标 |
| 4.4 基于双色光区域能量近似的图像特征指标设计与优化 |
| 4.4.1 双色光区域能量近似重合面积定义 |
| 4.4.2 双色光区域能量重合面积指标设计与优化 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 表面粗糙度的视觉测量实验系统及验证分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 粗糙度视觉测量实验系统设计 |
| 5.2.1 样块的加工 |
| 5.2.2 样块表面粗糙度的测量 |
| 5.2.3 成像系统的设计与选型 |
| 5.3 实验流程及成像结果 |
| 5.3.1 实验流程 |
| 5.3.2 样块表面图像处理结果 |
| 5.4 实验结果验证分析与讨论 |
| 5.4.1 基于区域能量大小的图像特征指标验证分析 |
| 5.4.2 基于空间区域能量分布的图像特征指标优化分析 |
| 5.4.3 基于双色光区域能量近似的图像特征指标设计优化验证分析 |
| 5.4.4 讨论 |
| 5.5 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 附录 A 攻读学位期间取得的科研成果 |
| 附录 B 攻读学位期间参与的科研项目 |
（8）基于衍射轴锥镜的全息投影系统研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 论文主要研究内容 |
| 第二章 基础理论 |
| 2.1 标量衍射理论 |
| 2.1.1 基尔霍夫衍射理论 |
| 2.1.2 菲涅尔衍射与夫琅禾费衍射 |
| 2.1.3 角谱传播理论 |
| 2.2 无衍射零级贝塞尔光束 |
| 2.3 轴锥镜的相位函数 |
| 第三章 基于可编程轴锥镜的全息投影 |
| 3.1 全息投影基本原理 |
| 3.2 空间光调制器的成像分析 |
| 3.3 轴锥镜的聚焦特性分析 |
| 3.4 轴锥镜应用于全息投影系统 |
| 3.5 光学实验 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 基于激光直写技术制备衍射轴锥镜 |
| 4.1 激光直写系统 |
| 4.2 衍射轴锥镜 |
| 4.3 衍射轴锥镜应用于全息投影系统 |
| 4.4 实验结果分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间取得的学术成果 |
| 致谢 |
（9）基于局域空心光束的光镊技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 光镊技术(简介) |
| 1.1.1 光镊技术的起源 |
| 1.1.2 光镊技术的发展 |
| 1.2 局域空心光束的研究发展现状 |
| 1.3 局域空心光束在光镊技术中的发展 |
| 1.4 本论文研究意义及目的 |
| 1.5 本论文的工作内容安排 |
| 第2章 基础理论和方法 |
| 2.1 激光传输的基本理论和方法 |
| 2.1.1 菲涅耳-基尔霍夫衍射理论 |
| 2.1.2 矩阵光学方法 |
| 2.1.3 柯林斯公式理论 |
| 2.1.4 傅里叶光学方法 |
| 2.2 光镊捕获粒子的基本原理 |
| 2.2.1 基于梯度力/散射力捕获的原理分析 |
| 2.2.2 基于光泳力捕获的原理分析 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 可调谐局域空心光束的光学系统设计 |
| 3.1 单光束可调谐局域空心光束的光学系统设计 |
| 3.1.1 发散角可调谐光源的整形系统设计 |
| 3.1.2 单光束可调谐局域空心光束衍射积分理论 |
| 3.1.3 单光束可调谐性分析与讨论 |
| 3.2 双光束可调谐局域空心光束的光学系统设计 |
| 3.2.1 激光准直整形系统设计 |
| 3.2.2 双轴棱锥透镜的设计 |
| 3.2.3 聚焦抛物环形曲面镜的设计 |
| 3.2.4 双光束可调谐性分析与讨论 |
| 3.3 共焦光束可调谐局域空心光束的光学系统设计 |
| 3.3.1 空心光束占空比调控设计 |
| 3.3.2 共焦组合透镜设计 |
| 3.3.3 聚焦光斑理论计算模型 |
| 3.3.4 共焦光束可调谐性分析与讨论 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 像散椭圆高斯光束对局域空心光束的影响 |
| 4.1 非对称像散椭圆高斯光束对轴棱锥-透镜系统理论分析 |
| 4.1.1 非对称像散椭圆高斯光束强度理论模型 |
| 4.1.2 基于傅里叶变换的光学系统传输仿真分析 |
| 4.1.3 局域空心光束相关参数的几何原理分析 |
| 4.2 像散椭圆高斯光束入射轴棱锥-透镜系统理论与实验研究 |
| 4.2.1 实验系统搭建 |
| 4.2.2 像散椭圆高斯光束入射轴棱锥后的光场分布 |
| 4.2.3 光源的非对称性对局域空心光束的影响 |
| 4.3 具有四个“类皮尔西光束触手”的局域空心光束设计 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 可调谐局域空心光束捕获碳纳米团簇粒子研究 |
| 5.1 吸光性碳纳米团簇光泳力模型 |
| 5.2 局域空心光束捕获碳纳米团簇光泳力分析 |
| 5.2.1 纵向光泳力分析 |
| 5.2.2 横向光泳力分析 |
| 5.3 可调谐局域空心光束对碳纳米团簇的捕获 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 论文的主要创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
| 致谢 |
（10）用于感测机械旋转状态的RFID非侵入式感知模型研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 研究现状与挑战 |
| 1.2.1 现有研究与存在的问题 |
| 1.2.2 研究面临的挑战 |
| 1.3 研究内容与创新点 |
| 1.3.1 研究内容与成果 |
| 1.3.2 研究创新点 |
| 1.4 本论文结构 |
| 第二章 感测机械旋转状态的RFID感知模型相关技术 |
| 2.1 研究综述与存在的问题 |
| 2.1.1 非侵入式机械活动感测技术 |
| 2.1.2 基于RFID的感测机械活动技术 |
| 2.1.3 基于RFID的非侵入式感知技术 |
| 2.1.4 基于信号模型的感知技术 |
| 2.2 本文技术路线 |
| 2.3 相关理论简介 |
| 2.3.1 RFID的通信机理简介 |
| 2.3.2 电磁波衍射理论公式简介 |
| 2.3.3 电磁波的镜反射与漫反射 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 感测机械旋转状态的RFID感知模型关键技术研究 |
| 3.1 针对场景与监测项目 |
| 3.2 RFID非侵入式感知的理论基础研究 |
| 3.2.1 RFID的电路化传播 |
| 3.2.2 RFID的光屏化感知 |
| 3.3 叶轮的旋转运动模型建立 |
| 3.3.1 叶轮的正常旋转与偏心旋转仿真 |
| 3.3.2 叶轮的颤振仿真 |
| 3.4 感知模型理论公式的测试、分析与选取 |
| 3.4.1 自由空间作为测试空间的合理性 |
| 3.4.2 以波前作为积分曲面的仿真测试 |
| 3.4.3 以Lo S中垂面作为积分曲面的仿真测试 |
| 3.4.4 以无特殊平面作为积分曲面的仿真测试 |
| 3.4.5 天线方向性的仿真测试 |
| 3.5 感测机械旋转的RFID信号仿真模型的建立 |
| 3.5.1 衍射与反射信号的计算 |
| 3.5.2 机械旋转场景的仿真信号计算 |
| 3.5.3 RFID感知模型的工作流程 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 感测机械旋转状态的RFID感知模型的评估与验证 |
| 4.1 实验场景与实验方案 |
| 4.2 叶轮的信号投影仿真 |
| 4.2.1 场景1 的信号投影仿真 |
| 4.2.2 场景2 的信号投影仿真 |
| 4.2.3 场景3 的信号投影仿真 |
| 4.3 叶轮的偏心旋转仿真 |
| 4.3.1 场景1 的偏心旋转仿真 |
| 4.3.2 场景2 的偏心旋转仿真 |
| 4.3.3 场景3 的偏心旋转仿真 |
| 4.4 叶轮的颤振旋转仿真 |
| 4.4.1 场景1 的颤振旋转仿真 |
| 4.4.2 场景2 的颤振旋转仿真 |
| 4.4.3 场景3 的颤振旋转仿真 |
| 4.5 验证实验 |
| 4.5.1 读写器天线波形验证实验 |
| 4.5.2 场景1 实际验证实验 |
| 4.6 本章小节 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 工作总结 |
| 5.2 未来研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间参与的项目 |
| 攻读学位期间申请的专利 |
四、用惠更斯-菲涅耳原理分析光的散射（论文参考文献）
- [1]光场相干测量及其在计算成像中的应用[J]. 张润南,蔡泽伟,孙佳嵩,卢林芃,管海涛,胡岩,王博文,周宁,陈钱,左超. 激光与光电子学进展, 2021(18)
- [2]同步辐射部分相干光传输模型的发展及应用[D]. 任俊超. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所), 2021(01)
- [3]基于本征模叠加相关滤光原理的光纤激光模式分解技术[D]. 张玉莹. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2021(03)
- [4]基于单光子的非视域成像方法与地下洞穴应用研究[D]. 邬京耀. 中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所), 2020(06)
- [5]激光束二维偏转的GS相位反演算法研究[D]. 杨飞跃. 电子科技大学, 2020(07)
- [6]基于超表面自旋轨道相互作用的晶格和阵列矢量光场调控研究[D]. 张瑞瑞. 山东师范大学, 2020(08)
- [7]基于电磁散射仿真的粗糙度视觉测量研究[D]. 熊岩. 湖南大学, 2020
- [8]基于衍射轴锥镜的全息投影系统研究[D]. 洪青青. 安徽大学, 2020(07)
- [9]基于局域空心光束的光镊技术研究[D]. 杨智焜. 长春理工大学, 2020(01)
- [10]用于感测机械旋转状态的RFID非侵入式感知模型研究[D]. 秦培杰. 上海交通大学, 2020(01)
标签：惠更斯-菲涅耳原理论文; 光的散射论文; 衍射极限论文; 惠更斯原理论文; 衍射现象论文;