Self-Reconstruction属性特殊阻碍后散斑图的一个不透明的阻塞

文摘

数值模拟与执行特殊的自相关随机光场。可以看出,特殊的自相关的散斑图是不同于一般的散斑图的自相关是一个高斯函数。此外,我们研究了特殊斑纹在自由空间的传播属性阻断由一个不透明的阻塞和找到斑纹的自愈效果。特别是,我们调查的影响大小和形状的障碍物和散斑的相干散斑的重建进程。我们发现它是受到障碍物的大小和相干散斑,但几乎不受障碍物的形状。我们的研究结果可以应用到成像、光学通信,等等。

1。介绍

随机拟声唱法强烈扭曲了光学领域,创造了著名的散斑图。实现所有的随机叠加形成的散斑模式是光学领域。在过去的时代,散斑图是有害的光学成像、光学通信,等等。人们通常避免产生斑点。然而,近年来,随机散射已成为一个富有的研究领域。这是因为它有用的应用程序。散射场可以形成一个亚波长的焦斑调制波前(1,2]。无序散射被应用到提高成像分辨率(3- - - - - -5]。非侵入性成像的荧光对象通过测量散斑的自相关(6]。生物使用散斑成像扫描显微镜进行了研究[7]。

有一些特殊的光束,称为nondiffraction梁,可以保持其光束在传播过程中,像贝塞尔光束8],艾里光束[9),等等。他们可以自我修复,当这些梁是由一个不透明的阻塞部分屏蔽。因此,他们已经广泛应用于微观粒子操纵(10),人体组织显微镜(11),量子纠缠传播在障碍物的存在12),并通过非均匀光学通信媒体(13,14]。2014年,阿尔维斯等人发现斑点显示一个健壮的自愈性(15),但他们只注意到高斯光束和所产生的散斑贝塞尔光束。在本文中,我们将模拟生成的特殊斑纹双曲cosine-Gaussian梁和调查其传播阻断后通过一个不透明的阻塞。

2。模拟的斑纹

散斑模式是随机的强度分布。散斑的数值模拟可以遵循古德曼的书(16]。我们用一个矩阵与512×512像素,每个像素大小是0.097656毫米。首先,一个矩阵的随机生成相量,然后乘以入射电子束。贝塞尔高斯入射电子束可以,或其他类型的光束。在这里,我们使用双曲cosine-Gaussian函数作为入射光 在哪里和是积极的真正的常数。是双曲余弦函数。之后,我们可以得到的散斑进行快速傅里叶变换得到的矩阵。图1显示了选定的散斑图的价值 。一个参数可以找到影响了散斑分布。我们获得普通的散斑,即高斯散斑,当 ,特殊的散斑图 。可以找到这些模式之间的区别的定义为自相关 在哪里 散斑图,即散斑强度,然后呢 是电场。高斯散斑,其自相关是一个高斯分布(见图1(一)),但这些斑纹的自相关 是不同的。有一个点在中心周围其他地点。周围景点的数量很大的价值大(见图1 (c)]。图2显示了不同的散斑图和自相关 。发现散斑的平均大小(散斑-相干长度)增加的价值增加。这也反映在相关的模式。它是大的一个较大的值 。如果我们改变的价值与不同的 ,可以看到平均散斑图的大小变化。也发现,自相关的大小不同的价值的变化。事实上,的倒数与入射电子束的大小(17]。因此,我们可以控制平均散斑的大小通过改变光束入射电子束的大小。

3所示。传播的斑纹

斑纹的传播可以表达的惠更斯-菲涅耳积分 在哪里 和 是随机源平面电场和接收飞机,分别。 表示与波长的波数 。 和 源平面的横向坐标和接收平面上。方程(3可以写在一个变种) 一个可以找到(4),积分是一个傅里叶变换。也就是说, 傅里叶变换可以很容易地执行的快速傅里叶变换算法。如果源的斑纹飞机被一个不透明的阻塞,传播的失踪的斑纹可以表示为 在哪里 表示传输阻塞的函数。当 源平面中的每一个点,随机了 不被阻塞调制。这意味着没有阻碍。当 这意味着随机领域完全被阻塞,斑纹不能传播。我们将调查情况,斑纹是部分被阻塞。波长是632.8海里。梗阻是一个不透明的磁盘半径 。

从图3,可以发现散斑图源平面中被一个不透明的磁盘在中心。因此,人们可以找到一个黑洞的中心。然而,孔逐渐消失的斑纹在自由空间传播。当飞机的斑纹传播 ,一个几乎找不到中间的孔。这意味着斑纹可以重建本身,因为它在自由空间传播。另一方面,发现自相关的每架飞机几乎是相同的。换句话说,自相关几乎不受阻碍的影响。

障碍物的大小对散斑的重建是显示在图4。源平面中的第一行显示了散斑与不同大小的阻塞。第二行显示飞机的散斑图 。可以发现散斑小障碍物可以拘谨地重建本身,而大型障碍物的散斑不会在相同的传播距离。它需要长途衍射和重建工作。第三行显示了自相关的飞机 。发现自相关分布不受障碍物的大小的影响。图5显示障碍物的形状的影响重建的散斑图和自相关。妨碍了同一地区,但不同的形状。发现形状并不影响散斑图的重建。虽然模式部分被阻塞的不同形状,它可以自愈的斑纹在自由空间传播。第二行显示的数字5,所有的散斑模式完成了重建过程,一个找不到明显的中心孔。你也可以发现飞机的散斑图的自相关 是相同的。他们保持同样的形状,因为它在源平面。图6显示了散斑图在不同的传播距离不同的相干长度。可以发现有一个圆洞的中心与相干长度斑纹图样 源平面。这是因为不透明障碍物部分块斑纹。当飞机的斑纹传播 ,你仍然可以发现洞里。然而,没有明显的洞当斑纹传播的平面 。这意味着斑纹几乎完成了其重建过程传播的平面 。然而,在第二行中,可以发现,在中间有一个洞,当斑纹传播相同的距离 消失的飞机 。在第三行,会发现洞消失的飞机 。那些暗示斑点具有高相干需要很长的传播距离重建自己。

4所示。结论

我们模拟了激光散斑与特殊的自相关和调查其在自由空间的传播部分阻塞后通过一个不透明的阻塞。发现丢失的斑纹图样可以重建本身及其自相关保持相同的形状,因为它在自由空间传播。重建的斑纹不受障碍物的形状的影响,但与障碍物的大小有关。散斑需要异地重建本身当障碍物的尺寸很大。我们还发现相干散斑的重建的影响。散斑需要很长的传播距离重建的相干散斑很高。也发现阻塞的大小和形状对自相关的影响。这意味着我们可以使用自相关来抵制干扰和负载信息。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作是由中国陕西省自然科学基础研究计划(项目号2016 jq1021);中国国家自然科学基金会(国家自然科学基金委)(11604264);西北大学的科学基金会(15 nw28)。

引用

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