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相干光光强恢复相位的方法研究

郭俊虎  
【摘要】:本文论述了非干涉检测中迭代法、光强传播方程法(TIE)和相空间算法的发展过程、基本原理和模型,着重讨论了迭代法和光强传播方程法。作者根据TIE法处理所测光强近似程度的不同将其分类为simple TIE法(STIE)和伪精确(pseudo-exact)TIE法(PTIE)。前者简单快速,后者计算稍慢但更精确。 迭代算法原理简单抗噪声性能好,具有误差持续下降的优点,但是迭代过程需要较长的计算时间,而且误差收敛速度常常依赖于初值选取,在特定情况下会很慢。光强传播方程法不用迭代,计算速度快,但测量结果精度较低。因此作者试着尝试将两种方法作一定程度的结合(GS-TIE法),即把光强传播方程计算的结果作为初值放入GS迭代法(Gerchberg-Saxton algorithm)进行迭代,实验结果都表明GS-TIE法精确度更高。 本文主要在MATLAB平台上模拟了各种相位恢复算法并进行分析。讨论利用MATLAB分别模拟菲涅耳衍射的近场和远场情况。数值模拟了经典GS法,TIE法和GS-TIE法,对比结果表明GS-TIE法的误差收敛速度大大加快。至于实验研究与测试部分,分别利用透镜和硬币作为透射和反射物体,也取得了比较好的结果。一般光学探测仪器基于光电效应只能接受光场的强度分布,而不是相位分布。怎样通过测量的光强来恢复相位信息,从而恢复光场的复振幅信息,一直以来是现代光学基础研究的重要领域。本文主要讨论的是相干光场情况下的非干涉检测,属于相位恢复的基本问题,具有重要的理论意义和应用价值。本文提出的GS-TIE法具有一定的理论和应用价值。


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