提出了用多束厄米-高斯光束相干合成产生平顶光束的方法.借助Wigner分布函数和强度矩方法推导出在普遍情况下合成光束M2因子和K参数的解析公式.研究结果表明,通过适当选取厄米-高斯光束的参数,在某一传输平面可以得到平顶的光强剖面.给出了数值计算例以说明合成平顶光束的特性.

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采用二维加权串行迭代算法(WSI)设计了8台阶的衍射光学元件(DOE)进行激光光束整形,将圆形高斯激光束变换为10 μm×10 μm的方形均匀焦斑,同时满足了二维激光光束形状的改变及振幅分布均匀化的功能;应用到高密度全息存储中,实现了入射到记录材料上焦斑强度的均匀分布。模拟计算结果表明,转换到均匀区的能量效率达到91.2%,平顶区的不均匀度为4.6%,误差小于0.023%,基本上达到了设计的要求。同时分析了衍射光学元件对入射高斯光束的束腰半径及傅里叶变换透镜焦距的宽容度,还制作出了8台阶量化相位衍射光学元件的三套掩膜板。

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采用多片探测器拼接是实现长线阵焦平面的通用方法。反射式光学拼接是焦平面常见的拼接方式之一。对于光学拼接,拼接反射镜几何参数设计不合理会导致定焦平面出现漏缝、杂光、遮挡光路等成像缺陷。反射镜参数计算是光学拼接焦平面设计的核心内容之一。详细介绍了光学拼接焦平面拼接反射镜的参数计算。根据几何光学建立光学拼接成像模型,分别对奇数片探测器和偶数片探测器的拼接反射镜的几何参数进行公式推导,主要包括拼接反射镜的位置、长度、宽度、角度等几何参数的数学表达式。最后将算法公式应用于工程实例,对像方远心和非远心两种典型的光学系统的拼接反射镜参数进行计算,并对两种光学系统拼接反射镜的特点进行了分析。

单幅二维图像进行三维重建一直是计算机视觉领域的难题，因为每一图像点都有无限多个场景点与之对应。故从光学成像的角度分析，单幅二维图像三维重建问题好像不存在较为通用的解决方案。然而反思人类自身视觉经验，仅用一只眼睛观察单幅二维图像，同样能感觉到栩栩如生的三维世界。而且完成这一过程是不需要任何意识努力，好像是全部自动进行的。这些表明人类视觉系统能轻松解决这个问题。人眼与照相机的光学成像机制几乎完全相同，故模拟人类视觉系统，计算机对单幅二维图像进行三维重建又是完全有可能的，这正是本章研究工作的基本思路与逻辑起点。

首先根据JONSWAP海面功率谱模型数值模拟出二维粗糙海面,采用几何光学近似与基尔霍夫(Kirchhoff)标量近似计算了二维海面的光散射,计算中将每一面元看成一具有微粗糙度的粗糙面而不是近似地当作平面,并利用投影法与射线追踪法数值计算了一定入射角和散射角下的遮挡函数,有效地提高了海面光散射计算的精确性.最后利用太阳光的光谱辐照度数值模拟了海面的3 μm～5 μm红外散射图像,对于红外探测器抑制海面反射太阳光造成的亮带干扰具有一定的参考价值.

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