Gerchberg-Saxton相位恢复算法原理及应用研究

摘要从光强分布重建光场的相位是物理和工程中的一个基础性问题,相位恢复广泛应用于天文学、波前探测、X射线相干衍射成像等方面。本文着重论述了迭代相位恢复算法中的Gerchberg—Saxton（GS）算法基本原理，利用MATLAB平台模拟了GS算法，实验结果证明了GS算法用于相位恢复工作的可行性。此外，将GS算法应用于反射式空间光调制器生成涡旋光束实验中。通过GS算法重建涡旋光束相位分布，计算光学系统像差，并通过像差补偿提高了生成涡旋光束的质量（对称性）。87737

毕业论文关键词相位恢复 Gerchberg—Saxton算法涡旋光束像差补偿

毕业设计说明书外文摘要

Title Principle and Application of Gerchberg-Saxton Phase Retrieval Algorithm

Abstract Reconstructing phase of light field from intensity distribution is a basic problem in physics and engineering, and phase retrieval is widely used in astronomy, wavefront sensing, X-ray coherent diffractive imaging and other aspects。 This issue especially discusses the principle of Gerchberg-Saxton(GS) algorithm in iterative phase retrieval algorithms and simulates GS algorithm utilizing MATLAB as platform, and the result proves feasibility of GS algorithm for phase retrieval。 Otherwise, GS algorithm is applied in the experiment of using reflective liquid crystal spatial light modulator to generate vortex beams。 Reconstructing phase distribution of vortex beam and computing aberration of optical system with GS algorithm, the quality(symmetry) of generated vortex beam is improved after aberration compensation。源-于,优Z尔%论^文.网wwW.yOueRw.com 原文+QQ752018~766

Keywords Phase retrieval Gerchberg—Saxton algorithm Vortex beam Aberration compensation

1 绪论 1

1。1 研究背景 1

1。2 迭代相位恢复算法发展过程 1

1。3 迭代相位恢复算法的应用 2

1。4 课题研究意义和研究目标 3

1。5 论文组织结构 4

2 GS算法基本原理及数值模拟 5

2。1 GS算法基本原理 5

2。2 关于GS算法初始随机相位选取的详细说明 7

2。3 GS算法数值模拟及结果分析 8

2。4 本章小结 9

3 GS算法用于提高生成涡旋光束的质量 10

3。1 涡旋光相关理论知识 10

3。2 实验及测量结果 13

3。3 本章小结 16

结论 18

致谢 20

参考文献 21

1 绪论

1。1 研究背景From+优!尔.YouErw.com 加QQ75201`8766

物理光学中通常使用复振幅来描述光场，复振幅包含振幅和相位两部分。完整的光场信息由振幅信息和相位信息构成，在不同环境条件下，它们各自所占的比重是不同的。振幅或相位信息的缺失通常会为研究者带来较大的麻烦，因此，保持光场信息的完整是非常重要的。现有的光学测量仪器大多只能记录光场强度信息，而无法记录含有更多有用信息的相位部分。如何利用已有的知识技术恢复相位从而重建完整的光场分布已经成为现代光学领域里面一个十分重要的问题。传统的相位记录方法基于光的干涉现象，从明暗相间的干涉条纹中解算出相位信息，这种方法的特点是精确度较高，但由于需要两束光产生干涉现象，往往对光源的要求较高，同时光路的搭建也是一项繁琐的工作，因此为复杂光场的相位恢复工作带来了巨大的挑战。科学家Dennis Gabor发明的全息术[1]可以实现光场振幅和相位的完整记录，利用光波的干涉和衍射理论从而使光波阵面得到完整重现。但干涉测量方法对实验仪器的清洁度和光路搭建要求十分高，这种缺陷往往对实际应用造成十分重大的影响。因此，寻找一种非干涉检测方法恢复光场相位已经成为现代光学中一个重要的科学分支，受到众多科学工作者的重视。 Gerchberg-Saxton相位恢复算法原理及应用研究:http://www.youerw.com/tongxin/lunwen_144311.html