【摘要】：無衍射光場包含無衍射光束和無衍射散斑,其特點(diǎn)是在自由空間傳播時(shí),具有獨(dú)特的無衍射性質(zhì)。無衍射貝塞爾光束作為無衍射光束家族種的一員,最早被提出,并得到了廣泛的研究和應(yīng)用領(lǐng)域的探索,其在成像方面、探測方面等領(lǐng)域體現(xiàn)出重要的研究價(jià)值和使用價(jià)值。以無衍射貝塞爾光束為基礎(chǔ)研究發(fā)展而來的無衍射散斑,不僅具有無衍射特性,還有散斑的隨機(jī)特性,體現(xiàn)出了比普通散斑更好的特性。由于無衍射散斑獨(dú)特的性質(zhì),在幻影成像、信息加密、無損檢測等領(lǐng)域表現(xiàn)出較大的前景和價(jià)值。本文對無衍射散斑產(chǎn)生方法及應(yīng)用進(jìn)行了初步研究。主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下:一、對文獻(xiàn)中已有的無衍射散斑產(chǎn)生方法進(jìn)行分析歸納,根據(jù)其原理和實(shí)現(xiàn)方式,將其分為兩大類。第二類方法,是通過數(shù)值計(jì)算對軸棱錐相位分布施加隨機(jī)調(diào)制生成合成相位膜片,將合成相位膜片直接顯示在純相位空間光調(diào)制器上,再用準(zhǔn)直激光束照射經(jīng)光學(xué)空間濾波產(chǎn)生無衍射散斑,不需要實(shí)際器件和裝置產(chǎn)生實(shí)際的環(huán)形光束,具有無衍射散斑參數(shù)調(diào)控靈活、光能利用率高及實(shí)現(xiàn)裝置結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn),因此,本論文主要研究第二類方法。第二類方法中,目前有兩種施加隨機(jī)相位調(diào)制的方式,一種是在數(shù)值計(jì)算中對環(huán)形光束實(shí)施隨機(jī)相位調(diào)制,再經(jīng)傅里葉變換生成能夠產(chǎn)生無衍射散斑的合成相位膜片,另一種是對軸棱錐相位分布直接在方位角方向?qū)嵤╇S機(jī)相位調(diào)制生成能夠產(chǎn)生無衍射散斑的合成相位膜片。二、在介紹第一種方法的原理和實(shí)現(xiàn)過程的基礎(chǔ)上,通過數(shù)值計(jì)算模擬,研究了其所產(chǎn)生的無衍射散斑場的無衍射特性和散斑特性,重點(diǎn)研究了隨機(jī)調(diào)制單元數(shù)目對散斑完備性的影響,并就原理和實(shí)現(xiàn)過程、無衍射特性及散斑完備性等方面與第二種方法進(jìn)行比較。研究發(fā)現(xiàn):(1)原理和實(shí)現(xiàn)過程方面,從物理原理上來說,兩種方法沒有本質(zhì)上的區(qū)別,第一種方法是頻域調(diào)制,第二種是空域調(diào)制,不同點(diǎn)主要體現(xiàn)在生成合成相位膜片的實(shí)現(xiàn)過程。(2)在產(chǎn)生的無衍射散斑的無衍射特性方面,最大無衍射距離和平均散斑顆粒大小是由所依據(jù)的軸棱錐相位梯度參數(shù)、空間光調(diào)制器參數(shù)及照射光波的波長決定的,在器件參數(shù)和波長相同的情況下,兩種方法產(chǎn)生的散斑場在無衍射特性方面相同的。(3)在散斑完備性方面,第一種方法中影響完備性的主要因素是隨機(jī)相位調(diào)制單元數(shù)目,隨機(jī)相位調(diào)制單元數(shù)目越多,散斑場的完備性越好;第二種方法中影響完備性的主要因素是方位角細(xì)分?jǐn)?shù)目,方位角細(xì)分?jǐn)?shù)目越多,散斑場的完備性越好;頻譜面上的隨機(jī)相位調(diào)制單元數(shù)目和空域面上的方位角細(xì)分?jǐn)?shù)目具有某種對應(yīng)等價(jià)關(guān)系。三、在實(shí)驗(yàn)方面,(1)采用液晶純相位空間光調(diào)制器對第一種方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了數(shù)值計(jì)算模擬中的分析和結(jié)論。(2)對采用DMD實(shí)現(xiàn)純相位調(diào)制產(chǎn)生無衍射散斑進(jìn)行了初步實(shí)驗(yàn)研究。四、在無衍射散斑應(yīng)用方面,提出將無衍射散斑應(yīng)用于數(shù)字全息幻影成像,并進(jìn)行了初步實(shí)驗(yàn)研究,就高斯散斑與無衍射散斑數(shù)字全息幻影成像進(jìn)行了比較,初步研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),由于無衍射特性,無衍射散斑數(shù)字全息幻影成像提高了成像系統(tǒng)的分辨率和景深。本文的研究內(nèi)容對無衍射散斑的產(chǎn)生、評價(jià)及其應(yīng)用領(lǐng)域的研究具有一定的參考價(jià)值。
【圖文】：

邐：ｘｂ邐＇ｍ？逡逑圖１－１邋（ａ）無衍射貝塞爾光束強(qiáng)度分布；（ｂ）強(qiáng)度分布曲線。逡逑理想情況下，無衍射貝塞爾光束的能量無限大，，充滿整個(gè)空間且傳播距離無窮逡逑遠(yuǎn)，但是在實(shí)際情況中是不可能產(chǎn)生的；由于實(shí)際光場能量總是有限且受光學(xué)器件逡逑有限孔徑的限制，因此實(shí)際產(chǎn)生的無衍射貝塞爾光束在自由空間傳播時(shí)，其光場的逡逑分布和形狀只能在一定的傳播距離內(nèi)保持不變，被稱為“近似無衍射貝塞爾光束”。逡逑為了在有限孔徑條件下增加無衍射距離，Ｘｉｅ等Ｗ提出了梯度折射率軸棱錐逡逑（Ａｘｉｃｏｎｏｎａｇｒａｄｉｅｎｔｉｎｄｅｘ－ＡＸＩＧＲＩＮ）法，鄭維濤等１７Ｇ］提出了雙軸棱錐法，？小川等逡逑［７１】提出了線性徑向梯度折射率透鏡法，以上方法均有效的產(chǎn)生并得到了長距離的逡逑無衍射貝塞爾光束。逡逑無衍射貝塞爾光束除了具有無衍射特性和自加速特性［７２］以外

本章首先介紹散斑基本原理和一階統(tǒng)計(jì)特性，將其作為無衍射散斑的評價(jià)方逡逑法，然后對無衍射散斑產(chǎn)生的原理進(jìn)行分析與物理解釋。逡逑２．１邐散斑的基本原理與統(tǒng)計(jì)特性逡逑２．１．１散斑的產(chǎn)生逡逑從光學(xué)尺度上來看，當(dāng)用相干光波照明粗糙物體表面時(shí)，粗糙表面可以看作是逡逑由隨機(jī)分布的大量微小面元構(gòu)成，每個(gè)面元對相干光波的反射或者散射作用又可逡逑以被看作新的次波源；不同的面元對入射光波所造成的附加相位差不同且是完全逡逑隨機(jī)的。觀測面上任意一點(diǎn)的光強(qiáng)分布是物體表面上不同面元的反射或散射的光逡逑波在觀測點(diǎn)的干涉疊加，由于干涉相長和相消，所以整個(gè)觀測面上就呈現(xiàn)出了明暗逡逑交替、隨機(jī)分布的顆粒狀斑紋圖樣，如圖２－１所示。由相干光波照明粗糙物體產(chǎn)生逡逑散斑的直觀過程如圖２－２所示。逡逑
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O436.1

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本文編號(hào)：2599234