一、柱坐标系中截断光束的广义M~2因子（论文文献综述）
张玉莹[1]（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。
周瑜[2]（2020）在《基于李代数的高分辨率卫星遥感影像定位理论与方法研究》文中研究指明随着航天遥感技术的不断发展,高分辨率对地观测系统逐渐从专用大平台向通用小平台过渡、从单星观测向多星组网融合探测发展、从地面专业处理向星上实时处理迈进,高分辨率卫星遥感影像应用对数据处理的通用性、时效性、及高精度提出了新的要求。论文引入李代数以解决高分辨率卫星遥感影像几何定位面临的问题,重点研究了基于李代数的卫星遥感影像几何定位相关问题,研究成果丰富和拓展了当前卫星遥感影像定位理论和方法,且具有实用性。论文主要工作:1、深入分析高分辨率对地观测系统高精度定位相关理论和技术发展现状,针对经典欧拉角和四元数表征线阵卫星影像姿态,在数据处理中存在的问题,提出将李代数应用于高分辨率卫星遥感影像姿态表征,建立基于李代数的几何定位理论与方法体系。2、提出高分辨率卫星遥感影像基于李代数的外方位元素表征与建模、共线条件方程线性化、线性插值外方位元素建模以及线性插值的共线条件方程线性化等基础算法模型和数值计算方法。模拟和实际数据的验证结果表明:李代数姿态插值相较于欧拉角和四元数姿态插值,精度高且插值结果完整平滑;三者后方交会计算精度一致,但李代数计算效率提升明显;从而验证了用李代数表征航天线阵摄影测量外方位姿态的可行性。3、提出基于李代数姿态表征的遥感影像严格成像模型,给出线阵卫星任意扫描行影像李代数姿态的插值方法;建立李代数姿态表征下对地直接定位时,地面目标与卫星影像之间成像几何关系;构建基于李代数的单幅影像定位、立体影像定位、多条带影像定位模型。利用天绘一号卫星位于平原、丘陵和高山地三种地形数据对李代数立体几何定位进行了精度验证,结果表明:相较于经典欧拉角表征,李代数立体定位精度更高、稳定性更好,且实用性较强。4、提出基于李代数的高分辨率卫星影像无控区域网平差模型和方法,建立了李代数姿态表征的EFP法和轨道分段多项式拟合法的区域网平差模型。通过天绘一号01星和03星位于我国西南地区的实际数据验证,结果表明:相较于经典欧拉角表征,基于李代数的区域网平差在系统误差探测上更灵敏,且在两种平差模型下都能实现定位精度提升,效率提升较为明显。5、提出基于HEIV模型的RPC参数求解方法。该方法针对RPC参数估计问题中设计矩阵元素含不等精度噪声和常规平差方法含有系统偏差难题,平差准则采用马氏距离最小,平差方法采用总体最小二乘,建立了新的RPC参数求解模型。天绘一号卫星位于不同区域的三种典型地形实际数据验证表明:该方法相较于现有的直接最小二乘法、L曲线岭估计最小二乘法及截断SVD估计法在影像纠正精度上优势明显,能显着提高RPC参数估计精度。6、提出基于卫星影像数据和RPC参数反求卫星成像时刻内方位元素、轨道、姿态等严格成像模型参数的方法。该方法可在不需要初始值情况下,利用卫星影像和RPC参数解算得到卫星影像区域相应的成像时刻内外方位元素,实现有理函数模型反求严格成像模型,打通了严格成像模型和有理函数模型相互转化关键环节。天绘一号01星多景数据反求实验表明:该方法具有良好的实用性,外方位线元素最大残差0.96米、角元素最大残差0.95角秒,内方位残差最大0.42像素,为实现有理函数模型的长条带平差、少控/无控高精度定位、多传感器联合处理提供了新途径。
王姣[3]（2020）在《大气湍流中部分相干涡旋光束的传输及衍射特性研究》文中研究指明轨道角动量（Orbital Angular Momentum,OAM）复用为自由空间光通信提供了新的复用形式,可提高通信系统的信道容量。在OAM复用通信系统中,探索涡旋光束在大气湍流中的传输机理成为OAM复用通信系统的关键科学问题之一。本文针对大气湍流中部分相干涡旋光束传输后的光强、偏振及其经光阑等光学系统的衍射特性展开了研究,主要创新工作如下:（1）在涡旋光束中引入了部分相干的概念,建立了部分相干涡旋光源模型:拉盖尔-高斯谢尔涡旋光束,探讨了其远场平面上相位奇点与拓扑荷数之间的联系,并分析了 Non-Kolmogorov 湍流对拉盖尔-高斯涡旋光束的光强分布和光束扩展的影响。研究发现拉盖尔-高斯谢尔涡旋光束在远场平面上相位奇点的个数等于拓扑荷数的大小,这为其拓扑荷数的检测提供了一种有效途径。（2）建立了径向部分相干涡旋光束阵列的数学模型,并利用广义Huygens-Fresnel原理分析了径向部分相干涡旋光束阵列在Non-Kolmogorov湍流中传输后的光强演化规律,讨论了光源参数和Non-Kolmogorov湍流参数对其传输特性的影响。其光强分布的演化过程为由阵列光束首先转换为环形光束,逐渐为类高斯光束直到最后变成标准高斯光束形式。（3）在矢量部分相干光束的基础上建立了矢量部分相干涡旋光束模型:电磁高斯-谢尔涡旋光束,利用相干-偏振的统一理论和Stokes参量,推导了电磁高斯-谢尔涡旋光束在大气湍流中传输时偏振度和偏振方向角的表达式,分析了光源参数和大气湍流参数对偏振度和偏振方向角的影响。研究发现部分相干涡旋光束偏振方向角分布呈花瓣状,花瓣个数是其拓扑荷数大小的两倍且花瓣旋转方向与其拓扑荷数的符号相关。（4）利用Collins衍射公式和ABCD传输矩阵推导了涡旋光束经马卡天线光学系统后的光场解析表达式,探讨了涡旋光束经马卡天线光学系统的衍射特性,证实了涡旋光束的确可达到提高马卡天线发射效率的目的。研究表明相比于高斯光束,遮拦比在一定范围内涡旋光束的发射效率高达80%。从理论和实验两方面研究了涡旋光束经光阑衍射元件后的衍射图样,对比分析了不同光阑对涡旋光束拓扑荷数的检测效果。本文研究工作为探讨大气湍流对涡旋光束传输机理的影响和OAM复用通信系统的搭建奠定了理论基础。其中,相位奇点、偏振方向角和光阑衍射图样与拓扑荷数之间的关系为OAM复用通信系统中接收端涡旋光束OAM模式的检测提供了一种有效途径。
白治东[4]（2020）在《柱矢量光场传输及辐射力特性研究》文中提出偏振是光的一个重要性质。光的这种矢量性质及其与物质的相互作用可以产生许多奇特的光学现象。近年来,柱矢量（cylindrical vector,CV）光束因其独特的偏振和聚焦特性,在高分辨成像、光学存储、纳米光刻、光学捕获、粒子加速等领域得到了广泛的关注。因此,探究与调控CV光束的紧聚焦特性是一项重要的课题。本文基于Richards-Wolf矢量衍射理论,结合螺旋相位对光束的波前调制,系统的研究了CV光束的紧聚焦特性及粒子在紧聚焦光场中的光学力特性,主要研究内容如下:1.基于矢量衍射理论,推导并建立了紧聚焦CV光束的电场和坡印廷矢量分布解析式。讨论了偏振指数、偏振初始位相、螺旋相位的拓扑荷对紧聚焦场分布的影响。2.在紧聚焦径向和角向偏振光中加入传统的螺旋相位,得到了焦平面上具有旋转对称的横向能量流环。进一步设计了环形的相位掩模,实现了对紧聚焦径向和角向偏振光场横向能量流的多边形调控。这种特殊的效果能够使可吸收颗粒可以沿着更灵活的路径运输。3.研究了紧聚焦CV光场对粒子的光辐射力作用。数值计算了紧聚焦CV光场中的自旋角动量、粒子上的光学力和光力矩大小。结果表明,自旋角动量的方向和大小,以及粒子上的光学力和自旋力矩,都可以通过改变输入光束的偏振态来改变。此外,通过改变粒子的本身特性,可以进一步控制自旋力矩的大小。4.理论上证明了可控捕获范围的光学捕获是可能的。我们在4π紧聚焦系统中,构建了长度和亚波长宽度可控的焦点。通过详细的力场分析,发现金属粒子可以被三维捕获在焦场中。此外,根据需要改变参数,可以很容易地调整捕获范围。
李永旭[5]（2020）在《结构光场的特性及其在光通信中的应用研究》文中研究表明随着5G通信技术迅速发展以及大数据时代的到来,人们对于互联网数据容量的需求量急剧增长,这给现有通信系统带来了前所未有的压力和挑战。如何在现有通信技术基础之上进一步提高系统容量和频谱利用率成为当前通信行业亟待解决的关键问题。与传统微波通信、移动通信和卫星通信相比,由于光通信具有更宽的可用频谱带宽且无须频率许可,因此得到了广泛关注。值得注意的是,目前对光波的振幅、相位、频率（波长）、时间及偏振态维度资源已开发殆尽,使进一步扩展通信系统容量遭遇新瓶颈,对光波新维度资源的开发成为解决通信新容量危机的潜在方案,空间域维度作为光波仅存尚未充分开发的新维度资源成为充满活力的研究内容。作为一种具有新颖空间结构分布特性的光场,结构光场具有相位奇点、轨道角动量、特定偏振态与近似无衍射传播等特征,结构光场在光通信中具有巨大的应用前景,有望为光通信系统可持续扩容提供有力支撑。基于此,本文开展了对结构光场调控技术的理论与实验研究;通过设计新型衍射光栅,实验上实现了对结构光场模态的高效检测;讨论了湍流环境对结构光场传输特性的影响;并验证了采用结构光场编译码实现光通信的可行性。主要研究内容与研究成果如下:1.使用计算机生成结构光场的计算全息图,并将该全息图加载到液晶空间光调制器（Spatial Light Modulator,SLM）,实验上产生高质量的结构光场。通过拟合调制后理论与实验光强分布曲线,发现实验结果与理论结果相吻合,表明实验产生了高质量的结构光场。此外,设计并搭建了一套简便实用的改进型光学检测系统,分别对结构光场与平面波以及球面波之间的干涉进行了实验研究,验证了经光场调控后得到的光场为结构光场。2.结构光场编译码通信也就是对光场模态,如轨道角动量进行编译码的过程,因此实现光场模态探测对光通信至关重要。目前,国际上对轨道角动量模态的探测范围最高可达±120,为进一步提升模态探测范围,本文设计了一种周期渐变螺旋光栅,实验结果表明采用该光栅可以将模态探测范围拓展至±160。同时,采用该光栅进行模态探测不受光束扰动、光束偏移和非对准照射等不利因素的影响,具有较好的抗干扰能力和更高的衍射效率。另外,现有文献大多关注的是对拉盖尔-高斯光束角向模态l（拓扑荷）的检测,很少讨论径向模态p对模态探测的影响。而应用径向模态作为另一种编码自由度,可以继续提升光通信系统容量和频谱利用率,因此实现拉盖尔-高斯光束径向与角向模态的同时探测具有巨大的实用价值。针对该方面内容,本文提出了一种采用螺旋相位光栅进行模态探测的方法,理论仿真和实验结果表明,该光栅可以实现拉盖尔-高斯光束角向与径向模态的同时探测。3.采用基于快速傅里叶变换的功率谱反演法分别对大气湍流和海洋湍流进行相位屏模拟,应用多相位屏方法数值模拟了结构光场在湍流环境中传输后的光强和相位分布特征,讨论了传输距离、湍流强度对光强衰减和相位畸变的影响。进而采用半实验方法,即用实验调控生成的结构光场照射加载有湍流相位屏的液晶空间光调制器,拍摄衍射后光斑,观察湍流对结构光场光强分布的影响。4.建立了结构光场在湍流环境中传输的理论模型,推导得到了结构光场在湍流环境传输过程中平均光强分布、轨道角动量概率密度、轨道角动量螺旋谱分布和光通信系统平均信道容量公式。通过数值仿真模拟分析了结构光场在湍流环境中传输时,光束自身参数（波长、束腰半径、相干长度以及光场模态数值）、湍流强度和传输距离对光传输特性的影响。以海洋湍流传输环境为例,对部分相干光源与完全相干光源受湍流效应的影响进行了比较,同时研究了以完美拉盖尔-高斯光束（Elegant LaguerreGaussian,ELG）作载波时光通信系统的平均信道容量特性。5.理论与实验相结合,研究了结构光场编译码实现光通信的过程。在发射端分别采用单模态结构光场以及多模态共轴叠加后的复合结构光场对图像进行信源编码,在接收端经共轭模态相干检测或直接观察复合结构光场的光斑图样获取传输光场模态信息,恢复出传输的原始图像信息。实验上,使用设计的单模态结构光场和复合结构光场两种通信方案分别实现了2位和8位灰度图像的信息编译码传输。6.为节省光通信系统采用结构光场进行信息编译码所消耗的时间,提高通信编译码效率,本文设计了一种基于“中心旋转对称阵列结构光场”的通信方案。实验上基于计算全息法产生了该阵列结构光场,并提出了一种综合利用光场模态和阵列空间位置分布对图像信息进行一一映射编码的思路。在光通信系统接收端,使用柱透镜识别阵列光场模态的方法进行译码,并从理论和实验上分析了译码方法的有效性。以传输64?64像素大小24位全彩色图像信息为例,论证了该编译码方案的可行性。采用该方案进行信息编译码传输,实现了98.304千比特数据量图像信息的零误码传输。
袁浩[6]（2020）在《复杂场高斯光束匀化技术研究》文中研究指明伴随科技的迅速发展,许多领域的研究有了突破性进展。激光器自从1960年代出现以来也已逐渐从军用领域进入民用领域。从只能在液氮创造的极低温状态下发射脉冲,到液相外延及气相外延的异质结介入使得激光能在室温下稳定发出;又从单异质结到阈值电流密度更低、更高效限制辐射复合的双异质结;再从半导体到如今的光纤、量子激光器,随着微电子领域,光电领域的技术革新,激光已在日常生活应用中延拓。为了更有效地利用激光,对激光进行匀化成为了一项重要课题。光束匀化的概念已提出半个多世纪,其属于非成像设计,也是一种典型的逆向设计。在前人的努力下,无论是单一光场还是复杂光场下的高斯光束数理模型已取得了长足的发展,但随着医疗、制造、航天领域的不断进步,各领域对于激光的各项使用性能和精度要求不断提升,在光能效率、加工手段、应用范围等方面依然存在诸多技术难题。本文在兼顾匀化效率和制造工艺的情况下,选择非球面透镜组深入进行激光匀化技术研究。传统的非球面透镜在需要大量算力的前提下可以基本满足小功率激光器的基模高斯光束匀化,如果要求加大额定功率,基模的高斯光束就会转化为复杂场下的高阶模（拉盖尔光束、厄米特光束等）,而此时传统的设计方法难以满足要求。因此本文在已有的高阶模数理模型上应用Zemax、tracepro、Matlab等多款现代CAE软件设计出一套完整的高阶模激光匀化流程,进一步完善激光匀化技术。本文首先梳理了高斯光束各种数理模型,利用Matlab将各种模型进行可视化处理,并指出了各种模型的重要形状因子是如何影响模型;进而选择合适的模型进行初步理论设计,并且利用Zemax观察初步设计的结果;再通过对透镜组的各项参数对匀化效果和加工难度的影响权重的研究确定透镜面型的初始结构,然后通过编制Zemax宏语言优化程序来对结构进行最终的确定。本文也使用超精密单点金刚石车床来加工透镜并检测,得出结论以目前的加工水平可以加工出满足使用条件的匀化所需透镜以验证可行性。最后通过仿真软件Tracepro进行光线追迹,验证本文流程设计出的透镜能使高阶拉盖尔高斯光束达到较高均匀性。
孙冬青[7]（2020）在《双光子荧光成像中超透镜的设计及矢量光源的优化研究》文中提出阿尔茨海默症、抑郁症及癫痫等神经系统疾病具有发病率高,致病机理错综复杂等特点,已经成为世界难题。科研人员发现大脑皮层中神经元的活动,尤其是树突棘与学习记忆、认知等活动密切相关。因此,对大脑皮层中神经元形态与活动的研究,将有助于神经系统疾病的解决。在众多非线性成像技术中,双光子激发荧光显微术（Two-photon excitation fluorescence microscopy,TPEF）,以其光毒性低,离焦图像干扰小,深度成像的优势,已经成为神经科学领域的关键成像技术。然而,受组织的高散射与吸收影响,导致成像深度通常被限制在1～2mm范围内。增强成像深度的一种有效手段是双光子荧光内窥成像技术。该技术综合了双光子荧光成像与内窥成像的优势,已经成为人们的研究热点。然而,目前基于光纤的内窥成像技术面临着组织损伤、设计复杂、耗时、弯曲敏感等一系列问题。近年来,超透镜以其灵活的波前控制、重量轻、超薄等独特的优势,为最小侵入和深部组织成像开辟了一条新的途径,特别是在荧光显微内窥成像领域。本论文的研究内容可以分为:双光子荧光超透镜的设计与双光子荧光成像,受激发射损耗显微术（Stimulated emission depletion microscopy,STED）中矢量光源优化两部分。首先,基于组织中激发波长与荧光发射波长共焦的必要性,利用时域有限差分（Finite difference time domain,FDTD）方法,采用空间复用与包裹复合纳米柱结构相结合的方案设计了适用于小鼠脑皮层的,激发波长（915nm）与荧光发射波长（510nm）双波长共焦超透镜。之后,建立了一个3D小鼠脑皮质模型用于透镜在组织中共焦的验证。在径向中空贝塞尔高斯光束（Hollow Bessel Gaussian beam,HBG）的照射下,设计的透镜能够在每层皮质模型中实现稳定的聚焦（f～25μm）。最后,基于双光子激发与荧光收集理论,对聚焦光斑进行了荧光激发与收集,得到了横向分辨率高达0.42～0.56μm的荧光光斑。由于TPEF无法突破衍射极限,本文进一步设计了一个激发波长（1050nm）与损耗波长（600nm）双波长共焦超透镜,用于双光子-STED成像。与此同时,利用旋向涡旋高斯光（Gaussian beam,GB）与三区旋向HBG光源对所设计的双光子-STED透镜进行了二维STED超分辨成像模拟。此外,光强分布均匀且轴向与横向均超压缩的球形三维有效光斑,在医学诊断,超分辨成像中拥有重要的用途。损耗光斑的形状与大小对于超分辨有效光斑的获取至关重要。理想的损耗光斑是光强分布均匀的,各个方向均极限压缩的,三维球壳形聚焦光斑。为此,本研究设计了一个4π型STED成像光路,用于压缩损耗光斑横向（r）与轴向（z）尺寸大小,并详细讨论了不同参数对损耗光斑的影响。最终,在我们的设计下,得到了均匀、横向与轴向均极限压缩的、超衍射极限的球形三维STED有效光斑。本文中的研究结果证明了,双光子荧光成像中透镜的设计方案是可行的;透镜的高分辨率成像结果,预示着所设计的透镜在全光纤式的荧光微内窥成像系统有很大的应用潜力。与此同时,利用优化的激发光源与损耗光源能够得到光强分布均匀的,超分辨的球形有效光斑,为双光子-STED成像中的光源选择奠定了理论基础。随着透镜加工工艺的成熟,相信所设计的透镜在不远的将来,可以在基于光纤的双光子荧光和双光子-STED荧光微内窥技术中发挥重要的应用价值。
彭宗毅[8]（2020）在《矢量涡旋光束的调控及传输特性研究》文中研究表明随着光学技术的不断发展,传统的具有空间均匀偏振态分布的标量偏振光束在现代光学系统中的应用上展现出一定的局限性。近年来,一种同时具有偏振涡旋和相位涡旋的新型结构光束引起了学者们的广泛关注,这种横截面上偏振态能随空间位置变化而不断变化并且携带有轨道角动量的光束被称为矢量涡旋光束。有关矢量涡旋光束的产生方法已经被广泛研究,该光束所具有的独特的光学特性也被应用于各大领域。本文以矢量涡旋光束为研究对象,利用马赫-曾德尔干涉仪与液晶空间光调制器所组成的实验光路,实现了对光束拓扑荷数以及偏振方位角和椭圆率角度的调控,同时研究了矢量涡旋光束在ABCD光学系统以及大气湍流中的传输特性。主要工作内容如下:（1）本文对矢量涡旋光束的基本概念、相关研究背景与意义进行了介绍。列举了目前常用的几种矢量涡旋光束的产生方法并对各自的优点与不足进行了比较。分析了矢量涡旋光束的光学特性以及在现代光学系统中的几种典型应用。（2）本文介绍了描述光束偏振态的三种主要方法:琼斯矢量法,斯托克斯矢量法以及庞加莱球图示法。分析讨论了三种方法的适用范围以及相互之间的转换关系。在本文所产生矢量涡旋光束的实验光路中,利用液晶空间光调制器可以改变光束的拓扑荷数,通过旋转马赫-曾德尔干涉光路中的半波片可以改变产生光束的偏振方位角以及椭圆率角度。基于斯托克斯系数法,绘制出了所产生光束的局部位置偏振态分布图。（3）本文对矢量涡旋光束在傍轴ABCD光学系统中的传输特性进行了研究。基于柯林斯公式,推导出了矢量涡旋光束在自由空间、傅里叶变换系统、分级傅里叶变换系统以及圆孔分级傅里叶变换系统中的传输电场表达式。分析表明,矢量涡旋光束在光学系统中的传输特性受到光束本身参数以及光学系统中相关参数的共同影响。（4）本文研究了柱对称矢量部分相干光束经圆孔衍射后在大气湍流中的传输特性。基于惠更斯-菲涅尔积分公式,推导出了柱对称矢量部分相干拉盖尔-高斯光束经圆孔衍射后在大气湍流中的交叉谱密度矩阵解析式,研究了柱对称矢量部分相干光束在大气湍流中的平均强度、偏振度和相干度。分析表明,圆孔衍射效应和大气湍流对柱对称矢量部分相干光束的演化、偏振和相干特性有很大影响。
路彦峰[9]（2020）在《手征介质中电磁波传播特性及手征介质粒子对平面波的光散射研究》文中研究说明手性是一个在许多常见材料都涉及的几何概念。手征物体是指不能通过任意平移或旋转操作使其与镜像重合的物体,任意方向平面波在手征介质传播都会发生偏振状态的改变:即产生旋光和圆二色性。手征介质展示出的电磁特性使其在物理、化学、生物医疗、超灵敏检测、超材料制备等许多理论和应用领域中都有着广泛的应用。本文从手征介质（粒子）中电磁传播特性及散射方面展开研究工作:给出手征介质本构方程之间介质参数的相互转换关系;研究了手征参数在电磁波传播模式中的作用,推导了手征介质之间、手征介质-非手征介质分界面的反射功率和透射功率关系;研究了电大尺寸手征球、手征圆柱和手征椭球及介质平面附近手征球粒子对平面波的光散射。主要工作如下:给出了吸收介质目标光散射的几何光学近似研究流程,总结了吸收情况下的有效折射率、复透射角、相位变化等对散射光线复振幅函数的影响,研究了散射角与入射角的对应关系,通过与米理论解法的算例对比验证了该方法的有效性。简单介绍了米理论、广义洛伦兹米理论和复矢量射线等常用的光散射计算方法。介绍了四种常见的手征介质本构关系,基于麦克斯韦方程推导了这些本构关系下手征介质中电磁波传播满足的波动方程,研究了各本构关系的介电参数和手征参数之间的转换关系。从Post-Jaggard本构关系出发,利用麦克斯韦方程组微分式推导了两手征介质分界面上的反射、透射系数矩阵公式和相应的功率表达式。给出了手征介质1或2退化为非手征介质时相应反射和透射系数的推导思路,及手征介质1和2满足同极化波或交叉极化波折射率相等、阻抗匹配、镜像复共轭和理想电磁导体衬底条件时的反射和透射系数公式。数值分析了随着入射角变化过程中电磁波传播模式的变化和反射波、透射波的各种特性。讨论了任意极化方向电磁波在手征介质中的传播特性,分析了手征参数对手征介质中电磁波传播模式的影响。基于入射波、反射波和透射波的时间平均坡印亭矢量在分界面上的法向分量连续性关系,分别得到了任意极化方向入射波在非手征介质-手征介质平面/右旋圆极化波或左旋圆极化波入射到手征介质-非手征介质交界面上的归一化反射功率和透射功率表示式。数值分析了手征介质与非手征介质之间波数大小关系和阻抗匹配条件下的入射角、手征参数和介电常数等对反射功率和透射功率的影响。推导了电大尺寸手征介质球粒子对平面电磁波前向光散射的几何光学近似方法。首先基于电磁场在介质边界上的连续性条件,分析得到手征球内外表面上平面电磁波的反射和透射系数。然后研究了手征介质内部光线的传播轨迹及由于光的反射和透射产生的相位差,给出了包括球粒子外表面上的反射光、衍射光和经球粒子内部的一阶透射光的振幅叠加构成的几何光学近似的散射强度表达式。对电大粒径尺寸手征介质球的交叉极化和同极化散射强度分布进行计算,研究了手征参数、介电常数和球的粒径尺寸等对散射的影响。将几何光学近似扩展到非球形手征介质粒子的散射研究中。分析了无限长手征圆柱和椭球模型中的射线追踪过程。给出了椭球的各阶射线之间入射角、透射角和入射点坐标之间的递推关系;研究了两种模型下焦线、光学路程等对射线相位产生变化。给出了手征圆柱和手征椭球前向光散射的计算结果。研究了介质平面附近手征球粒子对平面波的散射。根据柱矢量波函数展开的入射波、反射波和透射波得到反射和透射系数;利用投影法得到了手征球粒子内外区域中的入射场、反射场、散射场、散射反射场和内部场满足的方程;研究了 TE波和TM波入射时影响手征球粒子微分散射截面的参数。
王万君[10]（2019）在《贝塞尔高斯波束在湍流大气中的传输特性和应用》文中研究表明贝塞尔高斯波束具有无衍射性和自修复性,此外高阶贝塞尔波束还具有轨道角动量（OAM）,因此被广泛用于激光通信,激光雷达、图像分析,粒子操作等领域,是当前的研究热点之一。与传统高斯波束相比,贝塞尔波束具有更好的抗湍流干扰的特性,相对于普通的涡旋波束,其在接收面的形式更为简单,能量更集中,并且携带的信息也更多,这些优点都有利于其在通信中的应用。论文重点研究贝塞尔高斯波束在湍流大气中传输特性和应用,其主要研究成果和创新点如下:1.本文根据李托夫方法推导了贝塞尔高斯波束在湍流中的传输的湍流扰动项,系统研究了平均强度、闪烁指数和相位起伏,完善了十多年来研究贝塞尔高斯波束的方法单一的问题。推得的平均强度形式简单,容易发现波束在湍流中的传输规律,并且不需要使用球面波结构函数二阶近似,在小内尺度湍流中的结果精度更高。发现了贝塞尔高斯波束的闪烁指数最小值位于贝塞尔高斯波束的平均强度的亮环内,表明波束亮瓣携带的信息受湍流的影响比较小。并从理论上揭示了一种高斯波束不具有的特性,即当传输距离与波束的宽度满足一个三次方程的关系时,贝塞尔高斯波束的在轴湍流统计量可以为0,不受湍流影响,此时贝塞尔高斯波束会变成平顶或者平底波束。贝塞尔高斯波束的这些特性有利于波束在通信中的应用。2.推导了类贝塞尔高斯波束在湍流中传输的特性参数,包括环状余弦高斯波束和修正贝塞尔高斯波束的平均强度。提出了余弦高斯波束,其平均强度表达式仅包括几项和不含积分。发现了它与贝塞尔高斯波束具有相似的特性,在一定条件下,它和低阶贝塞尔高斯波束可以相互近似。3.研究了多贝塞尔高斯波束在湍流大气中的传输。多贝塞尔高斯波束平均强度的分布具有分瓣结构。证明了湍流对多贝塞尔高斯波束的各阶子波束平均强度的影响相同,并且不会影响多贝塞尔高斯波束角向的分布变化,只引起波束发散。证明了当波束的阶数满足任意两个子波束的阶数差是最小阶数差的整数倍的时候,波束平均强度分布具有对称性,并且角频率等于这个最小阶数差。随着传输距离的增加,多贝塞尔高斯波束的旁瓣会逐渐合并成一个大旁瓣,波束能量会相对集中,上述特性有利于多贝塞尔高斯波束在大气中通信的复用。闪烁指数出现对称性的条件与平均强度相同。本章为贝塞尔波束的复用和解复用提供了理论支撑。4.不同阶贝塞尔函数彼此线性无关,因此理论上轨道角动量及其携带的信息可以通过算法提取和分离。基于这个性质,提出了一种解复用方法,并且通过相位屏方法数值模拟了波束的场强,使用场强证明了该方法的有效性和准确性,并给出了解复用方法的适用条件。在通信中贝塞尔高斯波束比OAM波束具有更多优势,其在接收面的形式更简单,能量更集中,更有利于波束解复用;除了具有轨道角动量和振幅两个信息维外,还具有2个波束宽度信息维,不仅能模态和振幅复用,还能使用波束宽度复用,因此能携带更多的信息。上述结论对使用贝塞尔高斯波束高效快速的传输信息有很重要的意义。本文为研究贝塞尔高斯波束在湍流中的传输提供了理论支持,也为贝塞尔高斯波束在通信中的应用奠定了理论基础。
二、柱坐标系中截断光束的广义M~2因子（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、柱坐标系中截断光束的广义M~2因子（论文提纲范文）
（1）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 |
（2）基于李代数的高分辨率卫星遥感影像定位理论与方法研究（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 国内外研究现状 |
| 1.2.1 高分辨率对地观测系统发展现状 |
| 1.2.2 高分对地观测几何定位技术现状 |
| 1.2.3 李代数在高分对地观测定位应用现状 |
| 1.2.4 技术难点与现有研究的不足 |
| 1.3 研究的主要内容及章节安排 |
| 1.3.1 研究主要内容 |
| 1.3.2 论文章节安排 |
| 第二章 李代数基础及基于李代数的外方位建模 |
| 2.1 李代数基础 |
| 2.1.1 李群/李代数定义 |
| 2.1.2 李群基本概念及其运算性质 |
| 2.1.3 李群表达的三维旋转 |
| 2.1.4 李代数求导与扰动模型 |
| 2.1.5 李代数插值方法 |
| 2.2 李代数姿态微分的共线条件方程线性化 |
| 2.2.1 李代数姿态表征的线阵影像外方位元素构建 |
| 2.2.2 李代数姿态微分的线阵影像共线条件方程线性化 |
| 2.3 基于李代数姿态线性插值的线阵影像外方位建模 |
| 2.3.1 基于线性插值的外方位元素建模 |
| 2.3.2 姿态李代数分段多项式模型的共线条件方程线性化 |
| 2.4 实验分析 |
| 2.4.1 李代数姿态插值分析 |
| 2.4.2 基于李代数的空间后方交会 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 星载线阵传感器成像几何模型构建 |
| 3.1 坐标系定义 |
| 3.1.1 像方空间坐标系 |
| 3.1.2 平台坐标系 |
| 3.1.3 物方坐标系 |
| 3.2 坐标系之间的转化关系 |
| 3.3 卫星严格成像模型建立 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 基于李代数的高分辨率卫星影像立体定位 |
| 4.1 星历和姿态数据的内插 |
| 4.1.1 卫星星历数据内插 |
| 4.1.2 姿态李代数内插 |
| 4.2 基于李代数的卫星影像定位 |
| 4.2.1 基本思路 |
| 4.2.2 单幅影像定位 |
| 4.2.3 立体影像定位 |
| 4.2.4 多幅影像前方交会定位 |
| 4.3 高分辨率遥感影像的李代数定位 |
| 4.3.1 李代数定位与传统定位方法的区别 |
| 4.3.2 基于李代数微分方程的外方位元素求解 |
| 4.3.3 基于李代数线性插值的外方位元素求解 |
| 4.4 基于李代数的高分辨率遥感卫星影像立体定位 |
| 4.5 实验分析 |
| 4.5.1 数据选取及实验方法 |
| 4.5.2 北京山东测区实验情况 |
| 4.5.3 江西广东测区实验情况 |
| 4.5.4 重庆测区实验情况 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 基于李代数的高分辨率卫星影像无控区域网平差 |
| 5.1 区域网平差基本原理 |
| 5.2 外方位元素模型及误差方程式建立 |
| 5.3 基于李代数的区域网平差模型 |
| 5.3.1 基于EFP模型的区域网平差 |
| 5.3.2 基于分段多项式拟合的区域网平差 |
| 5.4 区域网平差精度验证 |
| 5.4.1 理论分析法 |
| 5.4.2 实验分析法 |
| 5.5 实验分析 |
| 5.5.1 基于EFP的李代数区域网平差 |
| 5.5.2 基于分段多项式拟合的李代数区域网平差 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 基于李代数的RPC参数生成与严格成像模型反求 |
| 6.1 基于李代数的RPC参数生成方法 |
| 6.1.1 线阵卫星影像严格成像模型建立 |
| 6.1.2 RPC参数模型构建 |
| 6.1.3 基于李代数RPC参数生成 |
| 6.1.4 RPC模型及常用解算方法 |
| 6.1.5 RPC参数的HEIV估计方法 |
| 6.2 有理函数模型反求严格成像模型 |
| 6.2.1 有理函数和严格成像基本模型 |
| 6.2.2 有理函数模型下摄影光线的位置和定向 |
| 6.2.3 内外方位元素具体计算 |
| 6.3 实验与分析 |
| 6.3.1 基于HEIV的 RPC参数解算技术 |
| 6.3.2 有理函数模型反求严格成像模型 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 工作总结 |
| 7.2 论文创新与贡献 |
| 7.3 研究展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
（3）大气湍流中部分相干涡旋光束的传输及衍射特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 符号对照表 |
| 缩略语对照表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 涡旋光束的描述 |
| 1.2.2 涡旋光束的传输理论 |
| 1.2.3 涡旋光束的衍射特性 |
| 1.3 论文主要内容及章节安排 |
| 2 大气湍流中部分相干涡旋光束传输的基础理论 |
| 2.1 标量波动方程的傍轴近似 |
| 2.1.1 波动方程基模解:高斯光束 |
| 2.1.2 波动方程高阶模解:高阶拉盖尔-高斯光束 |
| 2.2 部分相干涡旋光束基本理论 |
| 2.2.1 空间-时间域:互相干函数 |
| 2.2.2 空间-频率域:交叉谱密度函数 |
| 2.3 研究方法 |
| 2.3.1 ABCD传输矩阵 |
| 2.3.2 Collins衍射积分公式 |
| 2.3.3 广义Huygens-Fresnel原理 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 大气湍流中标量部分相干涡旋光束的传输特性 |
| 3.1 拉盖尔-高斯谢尔涡旋光束基本理论 |
| 3.1.1 拉盖尔-高斯谢尔光束 |
| 3.1.2 拉盖尔-高斯谢尔涡旋光束模型 |
| 3.1.3 大气湍流中拉盖尔-高斯谢尔涡旋光束传输理论 |
| 3.2 远场拉盖尔-高斯谢尔涡旋光束相位奇点演化 |
| 3.2.1 相位奇点与拓扑荷数的关系 |
| 3.2.2 传输距离对相位奇点演化的影响 |
| 3.2.3 相关长度对相位奇点演化的影响 |
| 3.3 大气湍流中拉盖尔-高斯谢尔涡旋光束的光强分布 |
| 3.3.1 大气湍流强度对光强分布的影响 |
| 3.3.2 大气湍流内外尺度对光强分布的影响 |
| 3.4 大气湍流中拉盖尔-高斯谢尔涡旋光束的光束扩展 |
| 3.4.1 光束扩展随光源参数变化分析 |
| 3.4.2 光束扩展随大气湍流强度变化分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 大气湍流中部分相干涡旋光束阵列的传输特性 |
| 4.1 光束阵列的理论 |
| 4.2 大气湍流中径向部分相干涡旋光束阵列的光强分布 |
| 4.2.1 径向部分相干涡旋光束阵列的数学模型 |
| 4.2.2 观测平面上的交叉谱密度函数 |
| 4.2.3 观测平面上的光强表达式 |
| 4.3 Non-Kolmogorov湍流中光源参数对光强特性的影响 |
| 4.3.1 径向阵列参数影响分析 |
| 4.3.2 单个部分相干涡旋光束参数影响分析 |
| 4.4 Non-Kolmogorov湍流参数对光强特性的影响 |
| 4.4.1 Non-Kolmogorov湍流强度影响分析 |
| 4.4.2 Non-Kolmogorov湍流内外尺度影响分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 大气湍流中矢量部分相干涡旋光束的传输特性 |
| 5.1 矢量部分相干光束的偏振理论 |
| 5.2 大气湍流中矢量部分相干涡旋光束的交叉谱密度矩阵 |
| 5.2.1 强度和偏振度 |
| 5.2.2 偏振方向角 |
| 5.3 大气湍流中矢量部分相干涡旋光束的偏振度分布 |
| 5.3.1 光源参数对偏振度的影响 |
| 5.3.2 大气湍流对偏振度的影响 |
| 5.3.3 偏振度随传输距离的变化 |
| 5.4 大气湍流中矢量部分相干涡旋光束的偏振方向角分布 |
| 5.4.1 大气湍流对偏振方向角的影响 |
| 5.4.2 传输距离对偏振方向角的影响 |
| 5.5 偏振方向角检测拓扑荷数的研究 |
| 5.5.1 远场衍射光场的偏振方向角模型 |
| 5.5.2 偏振方向角检测拓扑荷数的结果 |
| 5.5.3 光源参数对检测效果影响分析 |
| 5.6 本章小结 |
| 6 涡旋光束经光学系统的衍射特性 |
| 6.1 涡旋光束经马卡天线的衍射模型 |
| 6.1.1 马卡天线结构 |
| 6.1.2 马卡天线衍射模型 |
| 6.2 涡旋光束经马卡天线光学系统的衍射特性分析 |
| 6.2.1 衍射光场模型 |
| 6.2.2 衍射光斑和相位分布 |
| 6.2.3 螺旋谱分布 |
| 6.2.4 马卡天线的发射效率 |
| 6.3 涡旋光束经孔径光阑的衍射特性分析 |
| 6.3.1 孔径光阑衍射理论模型 |
| 6.3.2 涡旋光束经光阑的理论衍射分析 |
| 6.3.3 涡旋光束经光阑的实验衍射图样分析 |
| 6.3.4 孔径光阑检测效果对比 |
| 6.4 本章小结 |
| 7 总结与展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 论文创新点 |
| 7.3 进一步研究工作 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间主要研究成果 |
| 1 发表学术论文 |
| 2 参与出版专着 |
| 3 申请专利 |
| 4 获得软件着作权 |
| 5 参与科研项目 |
| 6 获奖情况 |
（4）柱矢量光场传输及辐射力特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 矢量光场 |
| 1.2 柱矢量光场概述 |
| 1.3 光镊技术基本概况 |
| 1.4 柱矢量光场在光镊中研究进展 |
| 1.5 本论文的研究目的和内容 |
| 1.5.1 本论文的研究目的 |
| 1.5.2 本论文的研究内容 |
| 第二章 紧聚焦基本理论 |
| 2.1 Richards-Wolf矢量衍射理论 |
| 2.1.1 切趾函数 |
| 2.1.2 数学描述 |
| 2.2 柱矢量光束的紧聚焦模型 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 柱矢量光束聚焦调控 |
| 3.1 径向和角向偏振光聚焦特性 |
| 3.2 高阶柱矢量光束聚焦特性 |
| 3.3 柱矢量涡旋光束聚焦特性 |
| 3.4 环形涡旋相位用于对紧聚焦柱矢量光束能量流调控 |
| 3.4.1 紧聚焦径向偏振光横向能量流调控 |
| 3.4.2 紧聚焦角向偏振光横向能量流调控 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 紧聚焦矢量光场中的辐射力特性 |
| 4.1 光学辐射压力基本理论 |
| 4.2 球形纳米颗粒的光力计算模型 |
| 4.2.1 光力射线光学模型 |
| 4.2.2 瑞利颗粒的光力计算模型 |
| 4.3 纳米颗粒在紧聚焦柱矢量光场中的光力特性 |
| 4.3.1 紧聚焦广义柱矢量光束对瑞利颗粒的光学捕获 |
| 4.3.2 瑞利颗粒在紧聚焦高阶柱矢量光束中的横向自旋 |
| 4.4 基于4π聚焦系统实现横向光学捕获范围的任意调控 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 总结和展望 |
| 参考文献 |
| 在读期间公开发表的论文 |
| 致谢 |
（5）结构光场的特性及其在光通信中的应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号对照表 |
| 缩略语对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 论文主要创新点 |
| 1.4 研究内容及章节安排 |
| 第二章 结构光场的基本特性 |
| 2.1 结构光场的概念 |
| 2.2 结构光场在光通信领域应用的理论基础 |
| 2.3 几类典型的结构光场 |
| 2.3.1 拉盖尔-高斯光束 |
| 2.3.2 贝塞尔-高斯光束 |
| 2.3.3 完美涡旋光束 |
| 2.3.4 Lommel光束 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 空间结构光场的产生 |
| 3.1 结构光场产生方法概述 |
| 3.1.1 螺旋相位板法 |
| 3.1.2 计算全息法 |
| 3.1.3 空间光调制器法 |
| 3.2 单模态轨道角动量结构光场的产生 |
| 3.2.1 空间光调制器加载相位图产生结构光场 |
| 3.2.2 空间光调制器加载计算全息图产生结构光场 |
| 3.3 多模态轨道角动量叠加复合结构光场的产生 |
| 3.3.1 拉盖尔-高斯光束共轴叠加 |
| 3.3.2 复合结构光场的实验产生 |
| 3.4 阵列结构光场的设计 |
| 3.4.1 阵列结构光场全息图设计 |
| 3.4.2 搭建阵列结构光场产生实验平台 |
| 3.4.3 实验产生阵列结构光场 |
| 3.4.4 阵列结构光场模态测量 |
| 3.4.5 阵列结构光场光束质量分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 结构光场模态的检测 |
| 4.1 结构光场模态检测方法概述 |
| 4.2 轨道角动量模态检测 |
| 4.2.1 改进型模态检测实验系统 |
| 4.2.2 共轭模态检测实验系统的实现 |
| 4.3 设计新型衍射光栅实现结构光场模态的高效检测 |
| 4.3.1 周期渐变螺旋光栅 |
| 4.3.2 螺旋相位光栅 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 湍流环境中结构光场的传输特性 |
| 5.1 大气湍流 |
| 5.1.1 大气湍流折射率起伏功率谱模型 |
| 5.1.2 多相位屏法模拟大气湍流 |
| 5.2 海洋湍流 |
| 5.2.1 海洋湍流折射率起伏功率谱模型 |
| 5.2.2 随机相位屏模拟海洋湍流 |
| 5.3 湍流环境对结构光场光强和相位的影响 |
| 5.3.1 多相位屏模拟光场在湍流环境传输 |
| 5.3.2 半实验方法研究光场在湍流环境传输 |
| 5.4 结构光场在湍流环境中的传输性能 |
| 5.4.1 平均光强分布 |
| 5.4.2 轨道角动量概率密度特性 |
| 5.4.3 轨道角动量螺旋谱分布 |
| 5.4.4 平均信道容量 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 结构光场编译码通信 |
| 6.1 基于单模态结构光场的信息编译码实现 |
| 6.1.1 信息编译码方案设计 |
| 6.1.2 2位灰度图像的信息编译码传输 |
| 6.2 基于阵列复合结构光场的信息编译码实现 |
| 6.2.1 阵列复合结构光场设计原理 |
| 6.2.2 信息编译码方案 |
| 6.2.3 8位灰度图像的信息编译码传输 |
| 6.3 基于新型“中心旋转对称阵列结构光场”的信息编译码传输 |
| 6.3.1 编码方案设计 |
| 6.3.2 译码方案设计 |
| 6.3.3 搭建光通信编译码实验平台 |
| 6.3.4 24 位全彩色图像信息编译码传输实现 |
| 6.4 图像信息去冗余 |
| 6.4.1 编码冗余 |
| 6.4.2 心理视觉冗余 |
| 6.5 结构光场编译码通信方案的特点 |
| 6.5.1 平均信道容量 |
| 6.5.2 可扩展性 |
| 6.6 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 本论文内容总结 |
| 7.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（6）复杂场高斯光束匀化技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题来源 |
| 1.2 研究背景和意义 |
| 1.3 激光匀化技术的国内外研究现状 |
| 1.3.1 激光匀化技术国外研究现状 |
| 1.3.2 激光匀化技术国内研究现状 |
| 1.4 高阶模激光器的国内外研究现状 |
| 1.5 本文主要研究内容 |
| 第2章 光束匀化基本理论 |
| 2.1 光束匀化理论分析 |
| 2.2 光束物理模型 |
| 2.2.1 输入光束的理论模型 |
| 2.2.2 输出光束的理论模型 |
| 2.3 光束质量评价方法 |
| 2.4 匀化光束均匀性 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 高阶模高斯光束匀化设计 |
| 3.1 匀化光束的模型选择 |
| 3.2 拉盖尔光束匀化设计 |
| 3.2.1 拉盖尔光束与匀化洛伦兹光束的映射关系 |
| 3.2.2 非球面透镜面型求解 |
| 3.2.3 非球面拟合 |
| 3.2.4 开普勒透镜几何光学仿真 |
| 3.3 厄密特光束匀化设计 |
| 3.3.1 映射函数求解 |
| 3.3.2 设计结果 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 光束匀化方法优化设计 |
| 4.1 匀化洛伦兹光束形状因子 |
| 4.2 入射光束束腰半径 |
| 4.3 出射光束半束宽 |
| 4.4 透镜沿光轴间距 |
| 4.5 透镜材料折射率 |
| 4.6 双透镜的必要性 |
| 4.7 拟合阶数的匀化响应 |
| 4.8 OpticStudio优化设计 |
| 4.8.1 优化原理 |
| 4.8.2 优化过程 |
| 4.8.3 公差分析 |
| 4.9 本章小结 |
| 第5章 非球面透镜组匀化实验及透镜加工检测 |
| 5.1 加工约束对透镜参数的影响 |
| 5.2 非球面透镜的加工检测 |
| 5.3 透镜组匀化效果实验 |
| 5.3.1 TracePro介绍 |
| 5.3.2 高阶LG_(01)光源建立 |
| 5.3.3 建立光学系统 |
| 5.3.4 分析结果 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（7）双光子荧光成像中超透镜的设计及矢量光源的优化研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| Abstract |
| 缩略语/符号说明 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 双光子荧光成像技术 |
| 1.2.1 双光子荧光成像原理 |
| 1.2.2 双光子荧光成像优势 |
| 1.2.3 双光子成像深度与微内窥荧光成像技术 |
| 1.3 STED成像技术 |
| 1.3.1 STED成像原理 |
| 1.3.2 STED成像发展概况 |
| 1.4 超表面元件 |
| 1.4.1 超表面元件的发展背景 |
| 1.4.2 超透镜相位调控原理 |
| 1.4.3 超透镜的类型及发展现状 |
| 1.5 本论文的主要工作与结构安排 |
| 第二章 矢量光源的紧聚焦特性和双光子STED荧光成像理论 |
| 2.1 柱矢量光场的紧聚焦特性 |
| 2.1.1 径向偏振矢量光场的聚焦特性 |
| 2.1.2 旋向偏振与广义柱矢量光场的聚焦特性 |
| 2.2 双光子荧光激发与收集理论 |
| 2.2.1 荧光激发理论 |
| 2.2.2 荧光收集理论 |
| 2.3 受激发射损耗理论 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 双波长共焦超透镜的设计与双光子荧光成像 |
| 3.1 组织中激发波长与荧光波长共焦设计的必要性 |
| 3.1.1 激发波长与荧光波长共焦的必要性 |
| 3.1.2 组织中激发波长与荧光波长共焦的必要性 |
| 3.1.3 小鼠3D脑皮质模型 |
| 3.2 激发波长与荧光波长共焦超透镜的设计与聚焦分析 |
| 3.2.1 激发波长与荧光波长共焦超透镜的设计 |
| 3.2.2 激发光源的选择 |
| 3.2.3 小鼠脑皮质中聚焦效果的模拟 |
| 3.3 基于激发波长与荧光波长共焦超透镜的双光子激发与荧光收集 |
| 3.3.1 双光子荧光激发 |
| 3.3.2 荧光收集 |
| 3.3.3 不同皮质层中收集到的荧光光斑 |
| 3.4 激发波长与损耗波长共焦双光子-STED超透镜的设计 |
| 3.4.1 激发波长与损耗波长共焦的必要性 |
| 3.4.2 双光子-STED超透镜的设计 |
| 3.5 激发波长与损耗波长共焦双光子-STED超透镜的聚焦分析 |
| 3.5.1 激发光源的选择及其聚焦光强分布 |
| 3.5.2 损耗光斑的选择及其聚焦光强分布 |
| 3.5.3 二维STED有效荧光光斑的分布 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 双光子-STED成像中矢量光源的选择和优化 |
| 4.1 基于4π型聚焦系统的双光子-STED显微术 |
| 4.1.1 4π型聚焦系统的聚焦特性 |
| 4.1.2 4π型双光子-STED荧光显微聚焦系统的设计 |
| 4.2 径向偏振LG光束聚焦生成激发光斑 |
| 4.3 4π聚焦径向偏振涡旋LG光束产生损耗光斑 |
| 4.4 三维损耗光斑的优化 |
| 4.4.1 拓扑荷数b对3D损耗光斑的影响 |
| 4.4.2 LG的不同阶数对3D损耗光斑的影响 |
| 4.4.3 最大孔径角α对3D损耗光斑的影响 |
| 4.4.4 β0对3D损耗光斑的影响 |
| 4.5 三维有效荧光光斑的分布 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 综述 超表面器件的发展历史与研究现状 |
| 综述参考文献 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（8）矢量涡旋光束的调控及传输特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 光束偏振态的分类原理 |
| 1.3 矢量涡旋光束的产生方法 |
| 1.3.1 腔内产生法 |
| 1.3.2 腔外产生法 |
| 1.4 矢量涡旋光束的光学特性与应用前景 |
| 1.4.1 光学捕获 |
| 1.4.2 激光加工 |
| 1.4.3 光学存储 |
| 1.5 本文的主要研究内容 |
| 第2章 矢量涡旋光束的实验产生与调控 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 光束偏振态的描述方法 |
| 2.2.1 琼斯矢量法 |
| 2.2.2 斯托克斯矢量法 |
| 2.2.3 庞加莱球图示法 |
| 2.3 实验光路与原理 |
| 2.3.1 液晶空间光调制器的相位调制原理 |
| 2.3.2 实验光路 |
| 2.4 实验结果与讨论 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 矢量涡旋光束在ABCD光学系统中的传输特性研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 矢量涡旋光束在ABCD光学系统中的传输模型 |
| 3.2.1 矢量涡旋光束在自由空间中的传输特性 |
| 3.2.2 矢量涡旋光束在傅里叶变换系统中的传输特性 |
| 3.2.3 矢量涡旋光束在分级傅里叶变换系统中的传输特性 |
| 3.2.4 矢量涡旋光束在圆孔分级傅里叶变换系统中的传输特性 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 柱对称矢量部分相干光束在大气湍流中的传输特性研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 理论模型 |
| 4.3 柱对称矢量部分相干光束在大气湍流中的强度特性 |
| 4.4 柱对称矢量部分相干光束在大气湍流中的偏振特性 |
| 4.5 柱对称矢量部分相干光束在大气湍流中的相干特性 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 全文总结 |
| 5.2 工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间获得与学位相关的科研成果目录 |
（9）手征介质中电磁波传播特性及手征介质粒子对平面波的光散射研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号对照表 |
| 缩略语对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究近况 |
| 1.2.1 非手征介质粒子散射研究现状 |
| 1.2.2 手征介质中电磁波传播研究状况 |
| 1.2.3 手征介质粒子光散射研究现状 |
| 1.3 本文主要内容及框架 |
| 第二章 粒子光散射基本理论 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 介质粒子光散射的基本理论 |
| 2.2.1 LMT理论 |
| 2.2.2 几何光学近似 |
| 2.2.3 GLMT理论 |
| 2.2.4 复矢量射线理论 |
| 2.3 小结 |
| 第三章 手征介质中电磁波传播特性的研究 |
| 3.1 手征介质的本构关系 |
| 3.1.1 I.V Lindell本构关系 |
| 3.1.2 Condon-Tellegen本构关系 |
| 3.1.3 Post-Jaggard本构关系 |
| 3.1.4 D-B-F本构关系 |
| 3.2 手征介质分界面上的电磁波传播特性 |
| 3.2.1 引言 |
| 3.2.2 两各向同性手征介质分界面上的反射和透射 |
| 3.2.3 反射和透射功率系数 |
| 3.2.4 几种特殊情况数值分析 |
| 3.3 非手征介质与手征介质界面上电磁波的反射与透射 |
| 3.3.1 电磁波从非手征介质入射到手征介质界面上的反射与透射 |
| 3.3.2 电磁波从手征介质入射到非手征介质界面上的反射与透射 |
| 3.3.3 手征介质与非手征介质界面上的反射与透射功率 |
| 3.3.4 数值结果 |
| 3.4 小结 |
| 第四章 手征介质球粒子前向光散射的几何光学近似研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 手征介质球中的电磁波 |
| 4.2.1 平面电磁波在各向同性手征球外表面上的反射和透射 |
| 4.2.2 各向同性手征球内表面上平面波的反射和透射 |
| 4.3 手征介质球的几何光学近似算法 |
| 4.3.1 手征介质球内外区域的光线轨迹 |
| 4.3.2 手征介质球的散射振幅函数 |
| 4.3.3 手征介质球前向散射公式 |
| 4.4 数值结果 |
| 4.5 小结 |
| 第五章 手征无限长圆柱和椭球光散射的几何光学近似研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 无限长手征介质圆柱的光散射 |
| 5.2.1 几何光学近似理论推导 |
| 5.2.2 数值计算及分析 |
| 5.3 手征介质椭球的光散射 |
| 5.3.1 理论分析 |
| 5.4 小结 |
| 第六章 手征介质球粒子和介质平面系统对平面波的散射 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 模型建立及理论分析 |
| 6.2.1 介质板表面反射及透射 |
| 6.2.2 散射场的理论分析 |
| 6.3 数值结果 |
| 6.4 小结 |
| 第七章 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 讨论与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（10）贝塞尔高斯波束在湍流大气中的传输特性和应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号对照表 |
| 缩略语对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 湍流的统计理论 |
| 1.2.2 波在湍流大气中的传输的研究方法 |
| 1.2.3 波在湍流中传输的高阶统计矩研究 |
| 1.2.4 贝塞尔高斯波束的传输和在通信中的应用 |
| 1.3 论文主要研究内容及结构 |
| 1.4 论文创新点 |
| 第二章 波束在湍流大气中传输的基本理论 |
| 2.1 贝塞尔波束 |
| 2.2 波束在大气湍流中传输特性的方法 |
| 2.2.1 广义惠更斯菲涅尔原理 |
| 2.2.2 李托夫方法 |
| 2.2.3 多相位屏方法 |
| 2.3 大气折射率结构模型 |
| 2.4 湍流大气功率谱密度函数 |
| 2.4.1 Kolmogorov大气谱 |
| 2.4.2 非Kolmogorov谱 |
| 2.5 湍流大气中的球面波结构函数 |
| 2.6 湍流中的波束传输特性参数 |
| 2.6.1 波束的截面功率 |
| 2.6.2 波束展宽 |
| 2.6.3 波束漂移 |
| 2.6.4 闪烁指数 |
| 2.6.5 相位起伏 |
| 2.7 本章小结 |
| 第三章 贝塞尔高斯波束在湍流中传输的平均强度 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 高斯波束的平均强度 |
| 3.2.1 广义惠更斯菲涅耳原理计算高斯波束的平均强度 |
| 3.2.2 李托夫方法计算高斯波束的平均强度 |
| 3.3 球面波结构函数的二阶近似 |
| 3.3.1 零阶贝塞尔函数展开近似球面波结构函数 |
| 3.3.2 Kolmogorov功率谱湍流中的球面波结构函数二阶近似 |
| 3.3.3 非Kolmogorov功率谱湍流中的球面波结构函数二阶近似 |
| 3.4 广义惠更斯菲涅尔原理计算贝塞尔高斯波束的平均强度 |
| 3.4.1 积分化简法化简广义惠更斯菲涅尔原理积分 |
| 3.4.2 相位展开法化简广义惠更斯菲涅尔原理积分 |
| 3.5 李托夫方法计算贝塞尔高斯波束的平均强度 |
| 3.5.1 贝塞尔高斯波束在自由空间中的强度 |
| 3.5.2 贝塞尔高斯波束在湍流中的平均强度 |
| 3.6 贝塞尔高斯波束的无湍流影响现象 |
| 3.7 本章小结 |
| 第四章 类贝塞尔高斯波束在湍流中的传输特性 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 环形余弦高斯波束 |
| 4.2.1 余弦高斯波束的平均强度 |
| 4.2.2 余弦高斯波束的平均半径 |
| 4.3 修正贝塞尔高斯波束的平均强度 |
| 4.4 隆梅尔高斯波束和不对称贝塞尔高斯波束 |
| 4.4.1 不对称贝塞尔高斯波束的平均强度 |
| 4.4.2 隆梅尔高斯波束的平均强度 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 贝塞尔高斯波束在湍流中传输的特性参数 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 贝塞尔高斯波束的截面功率 |
| 5.3 贝塞尔高斯波束的展宽 |
| 5.4 贝塞尔高斯波束的漂移 |
| 5.5 贝塞尔高斯波束的闪烁指数 |
| 5.5.1 李托夫方法计算闪烁指数 |
| 5.5.2 复振幅起伏计算闪烁指数 |
| 5.6 贝塞尔高斯波束的相位起伏 |
| 5.7 不同波长贝塞尔高斯波束在湍流中的传输特性 |
| 5.8 贝塞尔高斯波束在斜程大气中的传输 |
| 5.8.1 斜程大气的折射率结构常数 |
| 5.8.2 贝塞尔高斯波束在斜程大气中传输的平均强度 |
| 5.8.3 贝塞尔高斯波束在斜程大气中传输的闪烁指数 |
| 5.9 本章小结 |
| 第六章 多贝塞尔高斯波束在湍流中的传输 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 多贝塞尔高斯波束在自由空间中传输的场强 |
| 6.3 多贝塞尔高斯波束在湍流中传输的平均强度 |
| 6.3.1 李托夫方法计算平均强度 |
| 6.3.2 广义惠更斯菲涅尔原理计算平均强度 |
| 6.3.3 近似Rytov方法计算平均强度 |
| 6.3.4 不同方法的精度分析 |
| 6.4 多贝塞尔高斯波束平均强度分布的传输特性 |
| 6.5 多贝塞尔高斯波束在湍流中的闪烁 |
| 6.6 本章小结 |
| 第七章 多贝塞尔高斯波束在通信中的应用 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 贝塞尔高斯波束在湍流中的场强 |
| 7.2.1 基于多相位屏理论的场强模拟 |
| 7.2.2 相位屏的构造及参数选取 |
| 7.2.3 湍流大气中贝塞尔高斯波束的复用条件 |
| 7.3 贝塞尔高斯波束的场强及轨道角动量畸变 |
| 7.4 贝塞尔高斯波束在湍流中传输的复用及解复用 |
| 7.4.1 贝塞尔高斯波束在湍流中的复用 |
| 7.4.2 贝塞尔高斯波束在湍流中的解复用 |
| 7.5 多贝塞尔高斯波束在通信中的优势 |
| 7.6 本章小结 |
| 第八章 总结和展望 |
| 8.1 研究结论 |
| 8.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
四、柱坐标系中截断光束的广义M~2因子（论文参考文献）
- [1]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)
- [2]基于李代数的高分辨率卫星遥感影像定位理论与方法研究[D]. 周瑜. 战略支援部队信息工程大学, 2020(03)
- [3]大气湍流中部分相干涡旋光束的传输及衍射特性研究[D]. 王姣. 西安理工大学, 2020
- [4]柱矢量光场传输及辐射力特性研究[D]. 白治东. 山东理工大学, 2020(02)
- [5]结构光场的特性及其在光通信中的应用研究[D]. 李永旭. 西安电子科技大学, 2020(05)
- [6]复杂场高斯光束匀化技术研究[D]. 袁浩. 吉林大学, 2020
- [7]双光子荧光成像中超透镜的设计及矢量光源的优化研究[D]. 孙冬青. 天津医科大学, 2020(06)
- [8]矢量涡旋光束的调控及传输特性研究[D]. 彭宗毅. 武汉理工大学, 2020(08)
- [9]手征介质中电磁波传播特性及手征介质粒子对平面波的光散射研究[D]. 路彦峰. 西安电子科技大学, 2020(05)
- [10]贝塞尔高斯波束在湍流大气中的传输特性和应用[D]. 王万君. 西安电子科技大学, 2019(07)