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[硕士论文] 徐冉
光学 黑龙江大学 2018(学位年度)
摘要:物理学里,能量转移过程是指在激发态的分子向基态弛豫的过程中,能量传递到另一个分子,使另一个分子从基态跃迁到激发态。而在能量转移机制中,最主要的两个机制是共振机制和电子交换机制,其中共振机制又被称为F(O)STER机制。F(O)STER型共振激发能量转移理论是一种重要的理论,在许多科研领域都有涉及,尤其是在生物领域有着很重要的地位。
  本篇论文主要是对量子点-有机染料混合体系中的能量转移过程进行研究。作为新兴材制,量子点以其独有的特性,备受科学家们的青睐。从能量状态上来说,量子点的结构类似于原子的分离能级结构,从性能上来说,波长可以调节,荧光效率高,稳定性强,这些特点使其成为当下研究的热点。卟啉和罗丹明B是两种传统的有机染料,可以将其制成既能与大分子选择性结合又能部分地进入细胞特定位置的荧光染料,在物理和生化分析领域中已有120余年的应用历史。
  本文使用以飞秒脉冲作为激发光源,搭建稳态和飞秒时间分辨吸收光谱探测系统,以非水溶性四苯基卟啉为能量受体,CdSe/ZnS核壳量子点为能量给体,构建复合材料体系,对二者间的能量转移特性进行研究。结果表明,给体的荧光强度会随着受体浓度的增加而逐渐减弱。二者之间的能量转移类型为非辐射型能量转移。
  本篇文章,利用CdTe/CdS/ZnS核壳量子点为能量给体,罗丹明B为能量受体,对两者的混合水溶液体系间发生的荧光共振能量转移进行研究。以飞秒脉冲激光作为激发光源,获得时间分辨吸收光谱,实验发现,瞬态吸收信号上升与罗丹明B受体浓度之间存在明显的正相关性,随着受体浓度增加荧光共振能量转移的效率升高。理论分析表明,二者之间的能量传递机制是F(O)STER机制。
[博士论文] 吴腾飞
光学工程 西安电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:由于介质内部(如生物组织、云雾等)或表面(如毛玻璃、粗糙墙面等)折射率分布不均匀,光波在透过介质内部传输或与其表面发生相互作用时会出现强散射,因此传统光学成像系统只能接收到由于散射光之间干涉而形成的散斑,而无法通过直接观测获得隐藏在散射介质之后的目标信息。通过控制光场分布,波前调制技术能够有效地克服介质的散射作用,从而实现透过散射介质聚焦或成像的目的。然而,现有的波前调制技术存在不可避免的限制。首先,波前调制技术需要复杂的反馈调制或校准过程(即:测量光学系统的传输矩阵),这些耗时且复杂的过程使得波前调制技术暂时无法应用于透过动态散射介质的成像中,如生物医学成像中的应用等;其次,波前调制技术的实现需要使用参考点,因而需要侵入散射体内部或后方,因此不适用于实际应用的需求。
  早在1988年,科研人员就发现厚度较薄的散射介质具有光学记忆效应,即:入射光在某一角度范围内扫描时,所产生的散斑强度分布具有高度的相关性,即:散斑结构不会发生明显变化,仅会随扫描方向而产生整体的相对位移。近年来,科研人员利用散射介质的光学记忆效应,提出了具有非侵入特性的散射成像方法,并且通过进一步研究,验证了基于光学记忆效应的散射成像方法还能够具有非常高的时间分辨率。尽管现有方法已能够实现透过动态散射介质的非侵入式成像,但是依然有三方面问题亟待解决:i)现有方法采用相位恢复算法重建散斑、恢复相位信息,但是相位恢复算法本身的局限性使得其无法高效地获取准确的目标相位信息;ii)现有方法基于大量散斑颗粒的统计特性,需要充分抑制重建过程中的统计噪声,因而在该过程中散射成像系统点扩散函数的影响被消除了,然而这同时决定了无法通过现有方法获得系统的点扩散函数。对于光学系统而言,点扩散函数常常是非常重要的信息;iii)现有基于光学记忆效应的散射成像方法的空间分辨率由光学系统本身决定,对高于系统衍射极限的频率信息无法分辨。对于现有非侵入式散射成像方法存在的不足,本文主要做了以下针对性的研究工作:
  (1)利用强度目标的自相关能够反映目标强度分布的特点,验证了基于光学记忆效应的单帧散斑自相关方法具有对灰度目标成像的能力,拓展了散斑自相关成像方法的应用范围。同时,利用散射光具有的多方向性以及随机性,验证了光学系统中的散射介质作为“散射透镜”使用时,相较于传统成像透镜来说,能够更好地克服光路中不透光遮挡物的影响,实现对目标的成像;
  (2)提出了基于双谱分析的非侵入式散斑成像方法,通过数值仿真与实验验证,表明了从单帧散斑中能够同时获取隐藏在散射介质后方目标的傅里叶幅值信息以及傅里叶相位信息。在该方法中,傅里叶幅值信息与傅里叶相位信息分别通过计算单帧散斑的自相关以及对单帧散斑进行双谱分析来获取,二者相互独立,不会相互影响。相较于使用相位恢复算法,通过计算散斑的双谱能够获得更准确的目标相位信息,进而能够更准确地恢复目标结构,比如获得目标的方向等;同时,该方法中的相位提取过程是确定性的,不需要多次重复与迭代;最后,该方法具有更好的抗噪性;
  (3)提出了基于相位多样性的非侵入式多帧散斑成像方法。通过具体的数值仿真和实验验证,表明了该方法在观测隐藏目标的同时,还可以无参考地获取散射成像系统的点扩散函数。其优势在于:首先,由于该方法不是基于大量散射颗粒的统计平均,因此仅需要多帧散斑的一小块区域,就能够恢复隐藏目标的信息;其次,一旦能够获取系统的点扩散函数,如果需要对其他隐藏目标成像,能够直接通过简单的去卷积方法从散斑中恢复出隐藏目标,而不需要重复原来的成像过程或使用其他复杂的成像方法;
  (4)提出了基于散斑照明的多帧散斑超分辨率散射成像方法。光学系统的成像分辨率由系统的衍射极限决定,现有基于光学记忆效应的散射成像方法能够达到的最高分辨率为系统的衍射极限,因此无法获取隐藏目标更高频率的信息。本文所提出的方法利用散斑照明的思想,通过计算多帧散斑的高阶累积,最终理论上能够使系统的成像分辨率提升为原有的√n倍,n为所计算的高阶累积的阶数。计算系统的高阶累积还能够有效地抑制部分光学散斑,同时提升散斑颗粒之间的对比度,最终能够实现一种基于散斑背景抑制的成像方法,该方法的优势在于不需要对散斑进行重建,就能够获得隐藏目标的信息。
[博士论文] 朱钟湖
物理学;量子光学 东南大学 2017(学位年度)
摘要:量子相干介质中的电磁诱导透明效应可以改变介质的线性和非线性偏振率,使介质的光学特性发生显著改变,具体表现为:其一,介质的线性吸收减少,色散增强;其二,原子与光量子态之间的转化易于相干调控;其三,原子介质的非线性效应显著增强。由于这些非线性光学特性,过去几十年里,与电磁诱导透明相关的诸多量子光学现象受到了人们的普遍重视,并得到了广泛的研究,其中包括高阶非线性增强,无反转激光,光学双稳态与多稳态,多波混频,高精度原子局域化以及光群速减慢等。对这些光学现象进行深入研究不仅有助于理解和掌握量子理论的本质,而且对进一步预言和发现其新的潜在的应用也大有好处。
  在本论文中,我们主要实现了在电磁诱导相干介质中对光学双稳态和多稳态的调控,并且利用可控的原子能级布居和光学吸收测量获得了高精度高分辨率的二维和三维原子局域,主要研究工作包括以下几个方面:
  1)利用单向环形腔在一个由椭圆偏振控制光和线性偏振探测光驱动的Y型四能级原子系统中实现了光学双稳态和多稳态。考虑电偶极矩和旋转波近似,利用密度矩阵方程推导出光场的输入-输出关系,结果表明光学双稳态的阈值及其磁滞的区域可以通过探测场的频率失谐量,椭圆偏振场的强度,原子合作参数等系统参数进行有效的调控。此外,我们还探讨了在有自发产生相干效应存在的情况下,椭圆偏振场两偏振部分之间的相对相位对光学双稳态和多稳态行为的影响。研究结果为在原子系统利用椭圆偏振光实现全光开关提供了理论指导。
  2)在微波驱动的超倒Y型五能级原子系统中,利用测量相位敏感的吸收增益谱的方法研究了亚波长区域内的二维原子局域。由于依赖空间位置的驻波场与原子的相互作用,通过测量探测场的吸收增益谱可以直接获取原子的位置信息,从而实现原子局域。在稳态解情况下,数值结果表明,当两个相互垂直驻波场用来耦合同一原子能级跃迁时,通过适当地调节系统参数可以将原子局域到一个特定的位置,并得到不同结构的二维局域峰,如格子状的,火山口状的,长钉状的等。同时,原子局域的精度和空间分辨率极大地依赖于探测场频率失谐量,两控制场强度与驱动场的相对相位。另外,选取合适系统参数,在驻波场的一个周期内在一特定位置找到原子的最大概率可以达到100%,这样在真正意义上实现了高精度和高分辨率的二维原子局域。更加有趣的是,由驻波场,两行波场和微波驱动场所引起的联合量子干涉效应提高了二维原子局域的精度和空间分辨率,这在光学通讯,新型光电子器件的制作和原子纳米光刻技术等方面具有潜在的应用价值。
  3)基于远场空间干涉效应,我们在一个双二能级原子系统中提出了实现高精度和高分辨率的三维原子局域的方案。利用三个相互垂直驻波场耦合原子能级跃迁,通过探测激发态布居,我们实现了具有相移依赖性的三维原子局域。研究表明对三维原子局域精度的调控可以通过调节探测场频率失谐量和驻波场相移来实现。更加重要的是,通过定义远场空间干涉图样的能见度,我们在三维原子局域和远场空间干涉效应之间建立起了关联。我们发现增强远场空间干涉的强度可以提高三维原子局域的精度。
  接着,用类似的方法,分别在梯型三能级和V型三能级原子中研究了三维原子局域的行为。基于原子系统自身的特点和量子干涉效应,通过调节系统参数,原子位置的条件几率分布在八个子空间不再相同,可以使在某些子空间探测到原子的几率增大。值得指出的是,在一立方光波长空间内探测到原子的最大几率可以提高八倍。此外,我们还讨论了自发产生相干效应对三维原子局域的影响。
  总之,本论文的研究加深了人们对电磁诱导相干介质中非线性光学特性的认识和理解,有助于进一步实现量子相干调控。这些研究对精密非线性光谱学,光电子学,量子信息和量子相干调控等学科和领域的发展具有一定的参考价值。
[博士论文] 代冰
光学工程 华中科技大学 2017(学位年度)
摘要:太赫兹成像技术近年来发展迅速,在无损检测、人体安检等领域已经初现端倪。太赫兹辐射以其能量低的特性在检测领域中备受关注,但是,空间分辨率和光谱成像对比度依然是检测复杂结构样件中的瓶颈问题。本文采用三维太赫兹无损成像系统对复杂样件内部进行了成像,为了提高成像质量,引入了小波变换算法,有效地提高了图像的对比度和纵向分辨率,为太赫兹无损检测提供了一个新的思路。
  本文对太赫兹三维成像进行了研究,主要做了四方面的工作:
  (1)为了提高系统的成像对比度,采用连续小波变换对检测的纵向光强信息进行了处理。提取合适尺度上的小波系数可以有效的将原始信号的反射峰脉宽变窄,这一点能有效地增强图像的对比,使得原来不清楚的缺陷更加清晰。同时,在提取某一个尺度的小波系数的时候,已经“丢弃”了含有高频噪声小波尺度系数,能够有效地减小系统噪声,使得图像更加“干净”。
  (2)当样件厚度在波长量级时,容易出现样件上下表面“合峰”的现象,使得检测到的纵向信息模糊不清,难以分辨。小波变换能够有效地区分出这些特征峰。采用某一个尺度的小波系数来代替原始检测信号,再进行三维重构,有效地提高了太赫兹三维检测成像的纵向分辨率,纵向分辨精度可以达到1mm。
  (3)对于多层结构样件,针对如何有效地定位出各层结构的分界面,本文引入了Lipschitz指数来描述信号特征,这种描述方法比连续和可微更加精细。
  (4)对于主动式太赫兹成像系统,难以在提高检测速度的同时提高检测图像分辨率,本文引入图像融合和插值的方法对太赫兹检测图像进行了处理。通过对多层带有特征信息的图像进行图像融合,有效增强了图像的特征。基于该方法能够有效地对检测样件的缺陷区域进行面积计算和边缘提取。
  本文通过对多层结构隔热样件的脱粘缺陷进行检测,充分验证了这种方法的可行性。采用这种方法可以有效识别出五层结构样中隔热垫的上表面脱胶和下表面脱胶,纵向分辨率可达2mm。对于结构简单的光敏树脂样件,采用小波变换之后再重构的三维太赫兹图像的纵向分辨率可达到1mm。文中引入 Lipschitz指数来定位多层结构样件的分界面,采用一致Lipschitz指数来描述信号的奇异特征,具有很好的效果。在文章的最后两部分对多层结构的检测结果进行了图像融合,能够有效提高太赫兹成像检测的横向分辨率,本文第六章将小波变换和太赫兹无损成像相结合,应用到太赫兹生物医学的成像检测上,能够有效识别出鸡皮下方的反射面。采用太赫兹成像技术能够识别出人体手背的一些信息,本文只进行了一些初步的研究,太赫兹成像在生物医学领域的应用有待新的发展。
[硕士论文] 李志超
物理学 山西师范大学 2017(学位年度)
摘要:塔尔博特效应为相干照明下光栅衍射区等距离地重现光栅分布的现象。对传统单位宽度刻线较少的光栅,几乎可以完全重现光栅后表面的光场复振幅。在标量衍射理论下可以得到成像平面的位置,及分数塔尔博特效应。随着技术的提高,1mm内刻线接近2000条,光栅的周期可以和波长相比拟的时候,标量衍射理论失效。对光栅衍射规律的研究应该采用严格的衍射理论。
  基于空域,频域,空频域的标量衍射理论,对比分析得出了光栅衍射在其衍射区等距离平面上重现光栅后表面复振幅的原因。其一为光栅的周期性结构使得经光栅出射的光场具有分立的频谱,即出射的光场可以表示为具有特定频率的一些平面波的组合。其二为菲涅耳近似条件下,传递函数为二次复指数函数。基于时域有限差分法,采用CPML边界条件,研究了二维情况下光栅衍射的规律,得到当光栅周期大于2倍波长时,周期性成像依然存在,光栅周期小于二倍波长时,周期性成像逐渐消失。利用矢势方法对光栅衍射规律的分析得到了相同的结论,当周期性的结构的周期小于二倍波长时,周期性成像现象消失,周期大于二倍波长时,依旧存在塔尔博特效应。在应用塔尔博特效应进行结构测量,阵列照明等应用上可能存在指导意义。在更短波长的探测波可以探测更精细的结构。
[硕士论文] 李凤舞
光学工程 华中科技大学 2017(学位年度)
摘要:激光诱导空气等离子体放电通道是受到了长久而广泛关注的一个领域。它可以用来引雷,避免重要场所遭雷击破坏;也可以传递高压电击,当作一种激光武器;还可以用作一种传能通道,远距离传输能量。这些在科研、军事和工业等方面的可能应用使它成为世界范围的一个研究热点。
  为了研究激光诱导空气放电的特性,本文搭建了高压电容充放电实验平台。实验中使用的电极为针状电极和圆形铜板电极。所采用的激光器为横向激励大气压(Transversly Excited Atmospheric pressure, TEA)CO2激光器,波长10.6μm,脉冲能量46.5±0.3 J,10%峰值全宽约5μs。
  聚焦光学系统是获得长等离子通道的关键。我们设计了离轴抛物面聚焦镜、圆锥聚焦镜和圆环线聚焦器,并完成了前两种聚焦装置的制作。利用 Fresnel-Kirchhoff衍射积分方程对聚焦特性进行了分析,结果显示,圆锥聚焦镜及圆环线聚焦器,对功率均匀分布的平面波,能够获得设计长度500 mm的聚焦线,但对高斯光束或者稳定腔产生的高阶模式光束,只能获得一小段的高功率密度聚焦线;对实验中选用的激光束,这两种聚焦装置获得的最大功率密度离空气击穿阈值的下限还有一定差别,因此实验研究主要由离轴抛物面聚焦镜完成。
  实验获得的最长等离子体放电通道达到106 mm。通过改变激光能量、放电电压、电极间距等实验条件,获得了放电特性的变化趋势。对不同实验条件下的放电延时及抖动进行分析,发现相同放电电压下,放电延时和抖动会随电极间距的增加而增加,在最长放电等离子体通道106 mm时,放电延时约12μs左右;采用二阶振荡电路模型对放电电流进行拟合得到了激光诱导等离子体放电通道的阻抗,该阻抗会随着电极电压增加略有减小,但受等离子体通道长度的影响并不明显;利用等离子体光谱分析手段,对放电启动前后的激光等离子体和放电等离子体电子密度进行了分析,最高电子密度达到1019/cm3,比飞秒激光等离子体通道高2个数量级,尽管放电启动时等离子体辐射显著增强,但等离子体密度近乎单调下降;最后,我们进行了等离子体通道的电能传递实验,没有单向开关时,能量传输效率为25%,与欠阻尼振荡的理论预期一致。
[硕士论文] 付永栋
物理学 曲阜师范大学 2017(学位年度)
摘要:随着激光应用技术的高速发展,对偏光分束棱镜技术参数的要求越来越多样化和具体化。为了能够更加全面和精确的分析偏光分束棱镜分束角的性能参数,为实际的应用需要提供理论和实验参考,本文以冰洲石晶体制作的偏光分束棱镜为主,对微角分束偏光棱镜和Wollaston棱镜分束角性能参数进行了理论分析和实验验证。对微角分束偏光棱镜的分束角大小、透射比和光强分束比进行了理论分析,其次对三种设计型式的Wollaston棱镜分束角大小随入射角的改变以及分束角对称性的变化规律展开理论分析,并进行比较,总结出分束角对称性好的棱镜设计型式,最后制作棱镜,测试棱镜分束角性能参数,并与理论结果对照。
  本研究主要内容包括:⑴研究了微角分束偏光棱镜分束角的性能参数。理论分析和计算了在光垂直入射时,分束角大小、透射比和光强分束比随工作波长的变化规律;在主截面内光以一定入射角入射时,棱镜的分束角大小、透射比和光强分束比的变化规律。采用坐标变换和光线追迹的方法,分析和总结了光在非主截面斜入射或锥光光束入射时方位角对微角分束偏光棱镜分束角影响的规律。⑵研究了三种不同设计型式的Wollaston棱镜分束角性能参数,主要分析了入射角大小对分束角对称性的影响,并针对同一分束角的条件,对三种不同设计型式Wollaston棱镜分束角的对称性进行了比较研究,总结出在入射角改变时,分束角对称性好的棱镜设计型式。⑶分别制作了微角分束偏光棱镜和Wollaston棱镜,设计了实验,对微角分束棱镜的分束角和光强分束比,三种不同设计型式Wollaston棱镜分束角的对称性进行了实验测试,并与理论值进行了比较。⑷微角分束偏光棱镜在一定结构角下,其分束角随工作波长由短变长而变小;光强分束比随工作波长变长而变大;在特定的工作波长下,入射角由-20o-20o改变时,分束角逐渐变大;而光强分束比先变大后变小,在负角度入射时更接近于1。对三种不同型式的Wollaston棱镜,在入射光正入射的应用中,Ⅱ型Wollaston棱镜分束角的对称性较好;当光以一定角度入射时,要根据入射角度的具体值,从中选择对称性好的棱镜设计型式。
[硕士论文] 杨群
理论物理 四川师范大学 2017(学位年度)
摘要:光力学系统(Optomechanical systems,简称OMS)是由固定的全反射镜和可移动反射镜组成,其中可移动反射镜通过辐射压力与光学腔场相互耦合。目前光力学系统在物理学中的不同研究方向都有着潜在的应用价值,例如纳米力学振子制冷、宏观力学振子和腔场之间的纠缠、光力学诱导透明(Optomechanically induced transparency,简称OMIT)、量子非线性问题等。本文主要研究了双模光力学系统中双重光力学诱导透明和放大的调制,以及利用左右代数动力学方法计算光力学系统含时的解析解。具体研究工作包括:
  1、笔者考虑探测光在具有力学耦合的光力系统中的光力学诱导透明,该系统中两个耦合的纳米力学振子分别被与时间相关的外力驱动。研究发现:振子之间力学相互作用可以将通常的单模光力学系统的透明窗口分成两部分,然后导致双重光力学诱导透明的出现。两个透明点位置之间的距离(最大透明度的频率)由力学相互作用幅度确定。这可以通过光力学缀饰模式的图像来解释,其类似于相干原子中相互作用的暗态共振。另外,双透明光谱中的两个最大透明幅度将随力学振子上的驱动外力增加而改变:通过改变耦合力学振子上的驱动外力,会使右边的最大透明增强,并产生光放大;但是,该驱动外力抑制双透明窗口中的左边最大透明。最后,研究发现双重光力学诱导透明或放大将会随着驱动力的初始相位的改变呈周期为2π的振荡。这些研究将有助于更灵活地控制基于光力学系统的多通道光通信。
  2、笔者采用左右代数动力学方法计算光力学系统约化密度算符方程,从而求得了系统含时的解析解,并得到了系统光子数的解析式。该方法不仅能够比较全面考察环境对系统的影响,同时可以很方便求解含时或者不含时系统的解。
[硕士论文] 赖登高
光学 四川师范大学 2017(学位年度)
摘要:光力学系统(Optomechanical system,OMS)描述的是可移动镜子和腔场通过辐射压互相耦合形成的系统。目前光力学系统被发现有许多潜在的运用,例如振子与腔场的纠缠、力学振子制冷、宏观量子叠加态、光力学诱导透明(Optomechanically induced transparency,OMIT)和压缩特性等。本文主要研究的系统是二次耦合光力学系统。笔者提出了用参量驱动力学振子调控单个二次耦合光力学腔的OMIT,以及讨论了在共同环境中二次耦合光力学腔的OMIT性质,并研究有限带宽的压缩场光场在二次耦合光力学腔中传播特性。本文具体研究如下:
  1、首先,本文提出用参量驱动作用到纳米振子,进而调控二次耦合光力学系统的探测光吸收性质。研究发现通过调谐参量驱动,双声子OMIT会增强以及将会出现完全透明。同时,在透明增强过程中,探测场的透明位置不会发生改变。这就克服了一般情况下,二次耦合光力学系统透明位置发生频移的问题。另外,参量驱动增大时,探测光可以被放大。这提供了基于光力学系统平台来实现力学参量放大的光学证据。在放大区域,通过增强力学参量驱动的振幅和减小耦合光场的功率,可实现光放大的增强。这些研究将有助于二次光力学系统的量子压缩或制造低功率高增益放大器。
  2、然后,本文还考虑有限带宽压缩光场在二次耦合光力学系统中的诱导透明。研究表明,当增加耦合光场的功率时,压缩光场的OMIT窗口将会变得更深和更宽,并且透明位置将会向高频端移动。另外,笔者发现通过提升压缩参量,腔内光子数将会增加从而改善了OMIT。除此之外,笔者还发现压缩光场的带宽和环境温度也将明显改善二次耦合光力学系统的OMIT。该发现将有助于振动薄膜的制冷。
  3、最后,本文探究在共同热浴中,双腔二次耦合光力学系统中探测光的诱导透明。笔者发现探测光透明性能将随着作用到左腔的耦合光场(左耦合光场)的增强而得到改善,但是透明位置将随着左耦合场的增强而移向高频部分。然而作用到右耦合腔的耦合光场,将使透明位置移向低频部分,因此,通过调节左右耦合光场的功率可固定透射位置。通过解析分析出其透明位置由左右耦合光场的强度差决定。另外,笔者还发现当把左右耦合的光学腔放在同一个热浴中时,由于共同热浴中产生的交叉衰变项将明显地改善透明程度和拓宽透明窗口。最后,笔者还发现环境温度将改善透明性能。这将有助于振动薄膜的制冷,输出光场的压缩和纠缠的研究。
[硕士论文] 龚霞
理论物理 四川师范大学 2017(学位年度)
摘要:左手介质与常规介质不同,它为物理学发展开创了一片新的领域。当电磁波通过左手介质时,会出现很多奇异的现象,如负折射效应、逆Doppler效应等。近年来,左手介质在光学、材料科学、电磁学等领域引起了诸多关注。因此,研究光束通过左手材料(LHM)的传输特性具有重要意义。
  本学位论文主要对复宗量双曲余弦平方-高斯光束(EchSGB)和双曲正弦平方-高斯光束(ShSGB)通过平板LHM的传输特性进行研究。基于广义惠更斯-菲涅尔衍射积分推导出EchSGB和ShSGB在自由空间、平板LHM内部和通过平板LHM后的三维光强传输公式,采用二阶矩定义推导了EchSGB和ShSGB的光斑尺寸、束腰宽度、束腰位置、M2因子的解析表达式,并对其进行数值计算和分析。研究表明:
  1.EchSGB的束腰宽度只受与复宗量双曲余弦平方因子相关的参数a、b影响,光斑尺寸、束腰位置以及M2因子还会受到LHM负折射率nL的影响,材料的负折射率改变光束分布的位置,参数a、b改变光束的形状和大小。当计算取特殊值时,LHM能使EchSGB重现。因此,实际运用中,可以选取较小参数值的EchSGB通过较大负折射率的LHM,获取质量更好的光束,同时还可通过改变光束参数a、b以及LHM负折射率n,的大小在不同位置对该光束整形。
  2.LHM对ShSGB轴上光强和横向光强分布规律的影响是使光强呈对称分布;材料的负折射率会影响光束轴上光强极大值的位置,轴上光强和横向光强的分布均随传输距离和参数α的变化而变化,α是与双曲正弦平方因子相关的参数;束腰宽度只与参数α有关,轴上光强、横向光强、光斑尺寸、束腰位置、M2因子还会受LHM影响;较小的参数α值和较大的负折射率绝对值都使得M2因子的值变小,即光束质量更好。此外,还可通过改变光束参数α以及LHM负折射率nL的大小在不同位置对ShSGB整形。
[硕士论文] 高姣林
机械制造及其自动化 兰州理工大学 2017(学位年度)
摘要:与球面光学元件比较,非球面能在简化系统外形、降低系统成本的同时使系统轻质化,且能很好地校正光传递过程中产生的像差。本文针对非球面校正球差时产生新的像差问题,致力于球面透镜的像差特性分析与理论校正研究。引入了一种同时消除像散、场曲和球差的优化设计方法,研究了单个非球面透镜优化设计前后系统的各像差及整体成像质量的变化规律,优化了透镜系统整体的成像质量。本文主要研究内容和结果如下:
  (1)基于像差理论分析了各像差包括正弦差、球差、色差、彗差、像散与场曲以及畸变等的产生机理及校正方法。通过研究光学成像原理,发现了球差存在的根本原因是由透镜的球面折射使平行光束不能聚焦于一点所致,并基于像差理论提出利用非球面来校正球差的设计思想;
  (2)通过对球面透镜系统初始结构的分析,引入一种同时校正像散、场曲和球差的非球面光学系统像差校正理论,解决了以往设计中因非球面校正球差时引入新的像差而对系统整体像质产生影响的问题;
  (3)实现了完整非球面消球差透镜系统的优化设计,在此基础上对多种适应光学系统像质评价方法包括分辨率、点列图、瑞利判断、斯托列尔(中心点亮度)判断以及光学传递函数等进行了研究,并根据系统结构构建了本透镜系统的像质评价标准;
  (4)评定了系统优化前后的像质,并对单个非球面透镜优化设计前后系统的各像差及整体成像质量的变化规律进行研究,经仿真对比分析球面透镜和非球面透镜点列图、MTF曲线、场曲和畸变以及赛德尔系数图,发现非球面优化后系统的像散、场曲及球差大幅减小。经验证所得非球面透镜系统结构简单、成像质量优良,满足技术要求。
  本文提出的方法能够在像散、场曲较小的情况下,消除球面透镜系统存在的球差,所提方法切实可行,可为进一步实现复杂的光学系统设计提供理论技术支撑。
[博士论文] 焦月春
光学 山西大学 2017(学位年度)
摘要:里德堡原子具有尺寸大、寿命长、极化率大的特点,以及原子间强相互作用可产生激发阻塞效应,这些特点使其成为目前原子分子领域的研究热点。里德堡原子的电磁感应透明(EIT)效应不仅具有普通EIT的特性,还携带了里德堡原子本身的奇异特点,这使得里德堡原子EIT在非线性光学、量子信息处理、量子纠缠和量子逻辑门以及单光子源的制备和精密测量等方面具有很广泛的应用前景。里德堡原子电磁感应透明提供了一种全光学的无损探测里德堡原子的新技术,与传统的离子探测方法相比,不会对原子产生破坏,同时提供了一种测量原子间相互作用的新方法。
  本文以铯原子作为研究对象,在热原子系统中研究了射频电场缀饰的里德堡原子电磁感应透明光谱,利用里德堡原子EIT效应实现了510nm激光频率的锁定;搭建了铯冷原子磁光阱系统,利用里德堡原子的EIT效应测量获得二阶关联函数,研究了里德堡原子间的强相互作用以及里德堡原子间的量子关联特性。
  主要研究内容如下:
  1.在热原子蒸气池中,对外场调控的里德堡原子电磁感应透明光谱作了详细的研究。实验中测量了各向同性的S态以及各向异性的D态里德堡原子的射频调制光谱,根据射频EIT谱线特征实现了射频电场强度的自校准,并且利用D态原子各向异性的特点,实现了射频电场极化方向的测量。通过非微扰的Floquet理论对实验结果进行了模拟,理论和实验符合的非常好。
  2.介绍了冷原子磁光阱系统的搭建,并对关键的实验技术做了详细描述;利用里德堡原子的电磁感应透明效应实现了510nm耦合光频率的锁定,提供了一种将激光频率锁定在激发态跃迁的方法。
  3.研究了冷里德堡原子的电磁感应透明光谱。实验中通过改变探测光、耦合光、以及不同的主量子数n,研究了里德堡原子之间的相互作用对里德堡原子电磁感应透明的影响;建立了里德堡EIT的理论模型,引入了里德堡原子相互作用导致的衰减项γ3=κ×(ρ33/Ωp)2,理论拟合和实验测量符合的非常好。
  4.利用里德堡原子电磁感应透明实现了强关联里德堡多体系统的无损探测,测量并获得80D态里德堡多体系统的二阶关联函数,研究了超冷里德堡原子的量子关联特性。
  本文的创新之处:
  1.里德堡原子具有很大的极化率(~n7),对外场非常敏感。利用弱射频电场调制里德堡能级产生AC Stark频移和射频边带。利用里德堡原子的EIT光谱研究了射频电场缀饰的各向同性的S态和各向异性的D态里德堡原子的射频光谱,获得了里德堡EIT射频Stark光谱和射频边带光谱,实验结果与Floquet理论计算的结果相一致。提出了一种基于里德堡原子的高精度自校准射频电场的新方法(精度达到±0.5%)和射频场极化方向的测量技术,具有重要的应用前景。
  2.实验上对探测光进行调制,利用里德堡原子电磁感应透明和调制解调光谱技术,同时实现了852nm和510nm激光器的频率锁定。里德堡原子电磁感应透明效应提供了一种将激光频率锁定在里德堡能级跃迁线的方法。
  3.里德堡原子间的长程相互作用阻止了相邻原子的进一步激发,形成激发阻塞效应。在激发阻塞区域内,有且只有一个里德堡原子可以被激发到里德堡态,形成强关联里德堡多体系统。利用里德堡原子电磁感应透明效应可以实现强关联里德堡多体系统的无损探测,利用HBT法测量二阶关联函数,研究了超冷里德堡多体系统的量子关联特性。
[硕士论文] 夏白
电子与信息工程 哈尔滨工程大学 2017(学位年度)
摘要:离轴数字全息技术,因离轴数字全息图在频域零级、实像和共轭像相互分离,可通过单次曝光采集完成相位再现测量,广泛应用在微小器件检测、粒子场分析、生物显微观察、光学器件检测等方面。虽然数字全息相位重建技术是利用计算机数字计算完成相位再现,但传统相位重建过程仍多采用人工方法选择实像频谱,限制了重建像质量和重建速度的提高。因此,如何自适应选择实像频谱,提高重建像质量和重建速度具有重要的应用价值。
  本课题“离轴数字全息薄相位自适应重建技术研究”的目的是针对离轴数字全息相位重建过程多采用人工设定滤波器的方式而无法兼顾重建质量和速度问题,利用自适应滤波技术、图像处理技术中阈值方法和灰度平均值方法等对离轴薄相位重建技术进行改进,提出了以全息图频谱分布作为统一自适应设定标准,在提高重建质量和速度的同时,避免了人工干预,且具有普遍适用性。本论文的主要内容如下:
  首先,在分析离轴数字全息图相位重建原理的基础上,由全息图频谱分布特性和滤波器对于高频分量、低频分量的选择,提出以全息图频谱分布为统一自适应滤波器设定标准,设计离轴薄相位自适应重建技术。
  其次,分析全息图像素分布特点,结合自适应滤波技术、图像处理中阈值方法和灰度平均值方法,以全息图像素特点为准则,提出了基于迭代阈值的离轴薄相位自适应重建技术和基于灰度平均值的离轴薄相位自适应重建技术,自适应实现相位重建技术中零级抑制和实像频谱获取,一方面提高了相位重建的重建像质量,另一方面实现了相位重建过程的自动化和低耗时。
  最后,通过仿真数据和实验数据对本文相位重建技术的可行性、普遍适用性、低耗性和重建像质量进行验证。将无零级抑制的离轴薄相位自适应重建技术基于OpenCV图像处理库编码和GPU并行计算实现,提高重建技术的重建速度,为后续研究奠定基础。进一步基于VC++及MFC设计离轴自适应重建技术的相位重建应用软件,实现工程应用的界面化、简化操作流程,方便用户使用。
[硕士论文] 段璐杰
物理学 西安电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:不同于体相材料,金属纳米颗粒独特的局域表面等离激元共振特性强烈依赖于颗粒的形状、尺寸,非球形金属纳米颗粒由于其较广的消光、散射、吸收光谱可调谐特性,被广泛应用于生物医学、能源、环境等领域。
  相较于非球形纳米颗粒的消光光谱,散射光谱中蕴含更为丰富的颗粒系物理特征、入射光信息、偏振特性等参数信息,这些信息不仅为基于纳米颗粒散射特性的应用技术提供理论支持,同时也为颗粒自身粒度测量提供优化目标函数。本文基于NASA提供的开源T矩阵代码,编写了微分散射截面、偏振度以及散射光强度函数的计算模块,理论模拟了非球形金纳米颗粒散射光的散射特性和偏振特性,研究结果表明,粒子取向随机时,偏振度分布随散射角度呈正弦函数变化,并强烈依赖于粒子尺寸和形状。此外,系统分析了消光、散射光谱与粒子尺寸不同的对应关系,光谱与尺寸依赖性的不同,为非球形纳米颗粒粒度测量提供了理论指导和数据支持。
  金属纳米颗粒的粒径和浓度影响着其光学特性,决定着其在实际应用中的行为。目前,基于光谱消光法的球形贵金属纳米颗粒的粒度分布测量研究已取得积极的成果,但对于非球形金属纳米颗粒,粒度测量包括二维尺寸分布和浓度分布,反演算法及精度都有待于改进。研究发现,利用更多的散射、消光以及偏振信息,可有望于在非球形颗粒系粒度分布测量中得到发展。本文基于粒子的消光和散射特性,理论分析了单分散及多分散金纳米棒颗粒系粒度反演问题,定量研究了系统噪声对反演结果的影响。研究表明,不同噪声情况下的粒度分布和光谱的反演结果均与原始数据吻合较好,反演算法稳定可靠。此外,实验测量了不同尺寸金纳米棒的消光光谱和角散射谱,利用光谱消光/散射法,建立反演初值选取的评价函数,结合约束正则化最小二乘算法,获得样品颗粒系的尺寸和浓度误差均小于10%,与标称值吻合较好,初步验证了测量方法的可行性。光谱消光/散射法使用了更多的颗粒消光、散射光谱信息,可较为有效地提高非球形颗粒系的粒度分布反演精度,有望提供一种非球形颗粒系粒度分布测量手段,但更为精确可靠的实验测量以及多目标优化算法的实现仍有待于进一步的研究。
[硕士论文] 王旭
物理学 西安电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:本文主要研究了雾霾组分气溶胶粒子对平面波/波束的散射特性。其中雾霾组分主要包括硫酸铵、硫酸、硝酸铵和碳元素。散射特性的研究主要包括散射相函数、散射强度和微分散射截面随散射角的变化以及消光效率因子、散射效率因子和吸收效率因子随粒子尺寸参数的变化问题。主要工作成果如下:
  1.首先基于Mie理论研究了均匀球形和分层球形雾霾组分气溶胶粒子对平面波的散射特性,并比较了均匀球与含水分层球粒子散射特性的差异。然后利用T矩阵方法研究了均匀旋转对称椭球、圆柱体和切比雪夫雾霾组分气溶胶粒子对平面波的散射特性。将椭球粒子等效成相同体积的球形粒子计算其散射特性,并与椭球粒子的散射特性进行比较,得出在粒子半径与入射波波长相当的情况下,当旋转对称椭球的轴比接近1时,椭球可以等效成球形来计算其散射特性,而当旋转椭球接近于针形时,则不能等效成球形粒子来计算散射特性。最后还比较了旋转对称形粒子的形状对散射特性的影响。
  2.采用广义多球Mie理论(GMM)研究了团簇雾霾组分气溶胶粒子对平面波的散射特性,并比较了同组分团簇粒子与混合组分团簇粒子散射特性的差异以及相同团簇入射波方向不同时,团簇散射特性的差异。并使用广义多球Mie理论数值计算了扩展限制凝聚模型(DLA)理论所编写软件产生的凝聚分形团簇体的散射特性,分析比较了入射波方向和凝聚团簇组分对凝聚团簇散射特性的影响。
  3.使用广义Mie理论(GLMT)研究了均匀球和含水层分层球形雾霾组分气溶胶粒子对有形波束的散射特性,并比较了均匀球与含水分层球雾霾组分气溶胶粒子的散射特性的差异。
  (1)基于广义Mie理论原理中的区域近似方法给出了高斯波束波束因子的表达式。编写了数值仿真计算均匀球和分层球粒子与高斯波束作用散射特性的程序。比较了高斯波束和平面波与雾霾组分均匀球形和含水的分层球形气溶胶粒子相互作用散射特性的差异。
  (2)采用广义Mie理论中的计算波束因子的积分局部近似方法推导了贝塞尔涡旋波束的波束因子表达式。基于以上的推导编写了数值计算均匀球与分层球粒子散射特性的程序,通过与参考文献零阶贝塞尔涡旋波束与球形粒子作用散射特性的比较,证明了所编程序的正确性。并研究了不同拓扑荷数的贝塞尔涡旋波束与均匀球和含水分层球霾组分气溶胶粒子作用的散射特性。
  (3)使用角谱法推导出了拉盖尔高斯波束空间直角坐标系下电磁场的表达式,采用积分局部近似方法推导了拉盖尔高斯波束与球形粒子散射的波束因子表达式,并编写了拉盖尔高斯波束与球形粒子散射的仿真程序,通过零阶拉盖尔高斯波束和x轴方向极化的高斯波束与球形粒子相互作用散射特性的比较,验证了所编写程序的正确性。最后研究了不同拓扑荷数的拉盖尔高斯波束与均匀球和含水分层球霾组分气溶胶粒子作用散射特性变化的差异。
[硕士论文] 李正锋
电子与通信工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:太赫兹辐射通常是指频率大小在0.1THz—10THz(1THz=1012Hz)范围内的电磁辐射,其在电磁波谱中的位置介于微波频段和远红外波频段之间。太赫兹信号的探测技术以及光谱技术都是THz科学技术领域的重要研究方向。为探测微弱THz信号和进行太赫兹光谱分析,本文根据迈克尔逊干涉仪基本原理和傅里叶变换理论,在实验室已有的一套傅里叶变换光谱仪的基础上,对其进行软、硬件方面的改造,升级成了可用于探测微弱THz小信号和进行THz光谱分析的太赫兹傅里叶变换光谱系统(THz-FTS)。本系统结构简单,工作带宽较宽,系统的控制、数据采集和处理都实现了自动化操作,能够方便、快捷的进行数据采集工作,有广大的应用前景。
  本系统采用 Golay cell探测器配合锁相放大器的探测手段进行太赫兹信号探测,减小了信号传输过程中的背景热噪声,提升了系统检测微弱太赫兹信号的能力。利用LabVIEW软件开发环境,编写了控制系统、数据采集和数据处理等一系列的程序。通过硬件升级和软件重构,完成了系统整体的升级。对新系统进行了测试,采集到了干涉信号幅度随光程差变化的干涉图数据,并通过数据处理程序复原出了信号的频谱信息。采集到的干涉图与理论分析相符合,复原出了宽频太赫兹信号的光谱分布,证明了升级后的系统的正确性和可用性。
  通过实验改变系统中斩波器转速、动镜移动速度和采样间隔等参数,对比分析这些参数对系统性能的影响。通过减小信号强度的方法,实验对比了新系统和原始系统对微弱THz信号的检测能力。使用太赫兹傅里叶变换光谱系统探测了He-Ne激光中包含的太赫兹分量的光谱分布,证明了升级后的太赫兹傅里叶变换光谱系统相比原有系统各方面性能都得到提升。
[硕士论文] 侯姣姣
光学 湖南师范大学 2017(学位年度)
摘要:随着现代科技对量子信息的持续关注,基于量子网络的量子通信和量子计算得到迅速发展。众所周知,量子网络在结构上由两部分组成,即量子通道和量子结点。其中,量子通道主要负责信息的传输,量子结点则负责连接在不同量子通道中的量子信息和控制量子信息被接收到理想的地址。显然,这里必须要有一个合适的信息载体,由于光子属于中性粒子,光子与光子之间没有直接的耦合而且它们与大多数物质之间也不产生强的相互作用,它们在空间或介质中通常是以光速长距离、低损耗的传输,因此它们便成为携带量子信息的最理想载体之一。在有了合适的载体之后,操控单光子就成为量子网络中研究的重要问题。大多操控单光子的模型是利用腔量子电动力学(CQED),通过控制原子与腔之间的相互作用,从而实现单光子的可控传输。
  最近,科研工作者不仅在理论上,也在实验上对单光子传输和路由进行了大量研究。然而大多数研究中的量子通道都属于单量子通道,换句话说,量子通道仅仅包含一个输入端和输出端。但是复杂的量子网络不可能仅仅包含一个输出通道。因此多通道量子路由更值得人们研究。现在也有一些关于多通道的单光子量子路由的研究,比如,一个循环的三能级系统嵌入在由两个一维耦合谐振波导(1D CRW)组成的多量子通道中的量子路由。然而这些研究的模型都存在额外的经典场,显然在这种情况下,光子存在耗散。而本文探究了在没有施加额外经典场情况下的单光子输运和路由。
  本文分为四章。第1章论述了论文的研究背景,简单阐述了单光子传输和操控对量子信息的影响及其作用,论文的研究目的和主要内容等;
  第2章介绍了在论文研究部分所用到的基本理论,包括腔量子电动力学的基本概念和动力学,散射的基本理论和量子力学的处理方法,并以一个二能级原子嵌在一维耦合谐振波导中为例,介绍单光子散射的处理方法;
  第3章主要研究单光子在多量子通道中的传输和路由问题。我们选取两个嵌入在由两个一维耦合谐振波导(1 DC RWs)组成的多通道中的二能级原子,并考虑两个二能级原子间存在偶极-偶极相互作用的情形,分析了单光子的散射性质,如透射率和反射率特征,以及如何控制单光子输运,实现单光子路由。我们发现,当CRWs的两能带之间重叠,共振隧穿诱导原子成为多通道路由器。然而如果两能带之间完全没有重叠,束缚态的存在使得原子成为单通道路由器,单光子在此情形下能发生全反射。
  在第4章主要对论文的研究工作做了总结以及对未来量子信息的发展做了展望。希望在未来的量子信息处理和量子网络研究方面,能在本论文的基础上,通过改变其模型和散射源实现更好的量子信息处理。
[硕士论文] 侯宇蒙
光学 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,纳米材料的特殊性能受到了国内外的广泛关注,尤其是金属纳米材料的空间维度与尺寸变化对其电学和光学性能的影响更是当下的研究热点。金属纳米材料的周期性阵列结构可以应用在诸如液晶显示、偏振分束器和亚波长光栅等许多领域,对光电子器件行业的发展起到了举足轻重的作用。如今制备金属纳米材料阵列结构的手段非常多,如化学沉积和化学刻蚀制备法,但制约这些方法的因素有很多,比如试剂浓度、反应温度和沉积时间等,这些因素导致其可控性差,表面颗粒分布不均匀、结构不可控,最终对沉积膜的表面形貌造成很大的影响。还有如平板印刷制备法,该方法能够制备出具有周期性结构的金属纳米阵列,也能控制阵列表面形貌,而且能够控制纳米颗粒的大小、形状及间距等参数,但其成本高、工艺复杂,并且使用不便。
  引入了激光光学定向组装系统,利用该系统制备的金属纳米颗粒阵列特点是结构极化排布,颗粒间隙小、分布均匀且取向一致,与光学玻璃正四棱台上表面连接稳固,更好地确保了结构的鲁棒性。该系统制备的银纳米颗粒线阵列具有亚波长金属光栅的特点,如偏振特性和散射特性。而且结构尺寸合适,也可以对液晶分子进行取向,所以可以将我们的结构与液晶结合,组装成具有金属纳米颗粒阵列的液晶盒。
  本论文研究工作的目的为:
  利用激光光学定向组装系统制备形貌和结构良好的银纳米颗粒线阵列,并分析其诸如偏光与散射特性的机理,然后以该阵列作为液晶盒的一侧基板制备液晶盒并研究其光学特性。
  本文主要研究方法如下:
  1.从理论上详细剖析利用倏逝驻波场制备银纳米颗粒线阵列方案的可实施性。首先引入了倏逝驻波场的概念并介绍了其形成机理;然后通过公式推导和仿真计算得出银纳米颗粒在倏逝驻波场中的极化情况及其所受光场力的大小和分布;接着分别对银纳米颗粒胶体溶液的热力学和动力学稳定性进行分析;最后分析了银纳米颗粒在倏逝驻波场中除光场力外的其他受力情况。最终得出可以利用倏逝驻波场来制备银纳米颗粒线阵列的结论;
  2.依据理论分析得出实验方案,再搭建了激光光学定向组装系统并制备出了银纳米颗粒线阵列,并利用SEM对阵列进行表征,然后利用光谱仪对银纳米颗粒线阵列进行了偏光反射与散射测试,最后对其中的物理机制进行了解释;
  3.研究了具有金属纳米颗粒阵列的液晶盒的光学特性。成功地利用激光光学定向组装系统在镀有ITO薄膜的光学玻璃正四棱台上表面制备出银纳米颗粒线阵列,接着以该银纳米颗粒线阵列为液晶盒的一侧基板装配具有银纳米颗粒线阵列的液晶盒,然后利用偏光显微镜对该液晶盒的旋转偏光特性进行了观察和研究,最后从理论上分析该特性的物理机制。
[硕士论文] 郭文丽
电子与通信工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:强激光已被应用于新能源、新材料、国防等重要领域,其中超短脉冲激光与固体材料的相互作用研究已经成为非常前沿的热门领域之一。光致电离过程是强激光与固体材料相互作用的基本物理过程之一。目前国际上主要采用Keldysh解析模型对光致电离过程进行计算。虽然Keldysh模型取得了很大的成功(几乎所有强激光与固体材料文献中都采用它进行计算),但理论本身有其固有的局限性。而这局限性来源于推导过程中采用的近似,即鞍点法和初始小动量的假设。Keldysh解析模型要求参与光致电离的电子的初始动量很小,这个假设在光强不是特别强时,可以适用,但光强很强时,这个假设不能成立。另外,现有Keldysh解析模型中,并没有考虑布里渊边界对光致电离的影响(现有的研究发现,当光强很强时,布里渊边界会对跃迁产生很强的影响)。在本文中采用数值方法研究固体中的光致电离过程,克服了现有Keldysh解析模型的局限性。本文主要内容如下所示:
  (1)利用数值方法计算研究了ZnO材料的光致电离过程,并以此分析现有Keldysh解析模型的局限性和适用范围。在计算过程中,我们避免了Keldysh公式中的所采用的近似假设,并利用蒙特卡罗方法处理了布里渊空间的多重积分。我们的研究表明,当光强不是很强时(激光与固体材料的作用强度在多光子区域), Keldysh公式中的小准动量假设是一个很好的近似。但是当光强很强(激光与固体材料的作用强度进入到隧穿区域),小准动量假设并不合适,并造成数值方法和Keldysh解析公式在结果上的明显差异。
  (2)利用数值方法系统分析了材料参数(禁带宽度,电子有效质量,布里渊区大小等)对固体光致电离速率的影响规律。
  (3)将论文中的数值方法应用到:1)固体材料瞬态自由电子密度演化的计算;2)固体材料瞬态光学性质的计算;3)飞秒激光诱导固体材料损伤阈值的计算。计算表明:数值方法对Keldysh公式在激光脉宽较宽时修正较小(此时激光峰值功率密度较小),但当激光脉宽较短时(此时激光峰值功率密度很高)修正很明显。在计算熔石英和钡铝硼硅酸盐不同脉宽损伤阈值时发现:用Keldysh方法计算出来的损伤阈值在长脉宽时与实验值吻合较好,但在短脉宽区域与实验值有着明显的偏离。而所采用的数值方法在整个脉冲区域都与实验吻合的较好。
[硕士论文] 高鹰
光学工程 西安电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:三维重建作为一种能够恢复物体表面几何形状的技术,一直是计算机视觉的一个重要研究领域,它有着广泛的应用前景。目前,利用图像阴影、纹理、偏振和运动等信息进行物体三维重建仍然是基于图像特征的形状恢复技术的主流发展方向,其中利用反射光的偏振信息进行物体表面三维重建的方法(Shape FromPolarization,SFP)引起了科研人员的广泛关注。然而国内外在这方面的研究大多还是集中于采用物体镜面反射光偏振信息三维重建的方法(Shape FromSpecularPolarization,SFSP),但是由于镜面反射光本身的方向性极强,所以SFSP对环境光要求苛刻,因此该方法实现难度较大。针对以上问题,本文提出了一种利用物体漫反射光偏振信息进行物体表面三维重建(Shape FromDiffuse Polarization,SFDP)的方法,该方法结合了Kinect采集到的深度信息作为先验知识对法线图进行校正,结果表明,利用物体漫反射光的偏振信息能够有效的实现物体表面的三维重建。本文的主要工作及创新点如下所示:
  (1)讨论了SFDP的理论基础,分析了光的偏振态并介绍了偏振态的表示方法,给出了偏振光的Stokes矢量表示方法的推导过程以及其测量原理和方法,并解释了其与偏振光几何椭圆表示法之间的关系。再通过对菲涅耳公式的推导,以及对折射率反射率的求解,从理论上解释了漫反射光偏振特性的存在,论证了SFDP的可行性。
  (2)建立了物体反射光偏振信息与物体表面法线的几何关系模型,通过利用菲涅耳公式,建立了物体表面镜面反射光和漫反射光的偏振度(DOP)与入射角的关系模型,分别分析了利用镜面反射光偏振信息和漫反射光偏振信息求取物体表面法线存在的问题,提出利用Kinect获取到的深度信息作为先验知识进行法线图校正的方法。
  (3)根据理论基础搭建了实验平台,给出了SFDP的重建流程与实验方法。通过未经校正的法线图进行重建得出未经校正的重建结果,对未经校正的重建结果出现的问题进行了分析,然后利用Kinect深度信息对法线图进行校正处理,得到合理的重建结果,通过分析噪声和镜面反射光对实验结果的影响,利用噪声滤除和去镜面反射处理,提高了重建结果的质量,验证了SFDP结合Kinect深度信息校正的可行性。
  本文通过SFDP方法实现了非透明绝缘物体表面的三维重建,并利用Kinect深度信息对法线图进行校正,成功解决了SFDP方法中存在的入射方位角不确定性的问题,通过分析噪声以及镜面反射成分对实验结果的影响,提出了重建结果的优化方案。本文提出的重建算法实验装置简单,重建结果良好,为解决低分辨率深度传感器的细节丢失问题提供了一套有效的解决方案。
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