Discussions about FFT-based two-step phase-shifting algorithm

An FFT-based two-step phase-shifting (TPS) algorithm is described in detail and implemented by use of experimental interferograms. This algorithm has been proposed to solve the TPS problem with random phase shift except pi. By comparison with the visibility-function-based TPS algorithm, it proves that the FFT-based algorithm has obvious advantages in phase extracting. Meanwhile, we present a pi-phase-shift supplement to the TPS algorithm, which combines the two interferograms and demodulates the phase map by locating the extrema of the combined fringes after removing the respective backgrounds. So combining this method and FFT-based one, one could really implement the TPS with random phase shift. Whereafter, we systematically compare the TPS with single-interferogram analysis algorithm and conventional three-step phase-shifting one. The results demonstrate that the FFT-based TPS algorithm has a satisfactory accuracy. At last, based on the polarizing interferometry, a schematic setup of two-channel TPS interferometer with random phase shift is suggested to implement the simultaneous collection of interferograms. (c) 2007 Elsevier GrnbH. All rights reserved.

基于FPGA高速并行FFT处理器设计与实现

在研究快速傅里叶变换(FFT)算法的基础上,根据FPGA性能高、灵活性强、速度快的特点,提出了高效的基4-FFT处理器的实现方法。数据存储采用分块存储的方法,大大提高了存取速度。数据寻址采用新型的地址产生方法,可并行产生所需数据地址。同时,在蝶形单元的设计中很好的将并行运算技术和流水线技术相结合了起来,又进一步提高了运算速度。测试结果表明,时钟在50MHz时完成1024点FFT的时间为25.6μs,满足了应用实时性的要求。

Numerical simulation of an adaptive optics system with laser propagation in the atmosphere

A comprehensive model of laser propagation in the atmosphere with a complete adaptive optics (AO) system for phase compensation is presented, and a corresponding computer program is compiled. A direct wave-front gradient control method is used to reconstruct the wave-front phase. With the long-exposure Strehl ratio as the evaluation parameter, a numerical simulation of an AO system in a stationary state with the atmospheric propagation of a laser beam was conducted. It was found that for certain conditions the phase screen that describes turbulence in the atmosphere might not be isotropic. Numerical experiments show that the computational results in imaging of lenses by means of the fast Fourier transform (FFT) method agree well with those computed by means of an integration method. However, the computer time required for the FFT method is 1 order of magnitude less than that of the integration method. Phase tailoring of the calculated phase is presented as a means to solve the problem that variance of the calculated residual phase does not correspond to the correction effectiveness of an AO system. It is found for the first time to our knowledge that for a constant delay time of an AO system, when the lateral wind speed exceeds a threshold, the compensation effectiveness of an AO system is better than that of complete phase conjugation. This finding indicates that the better compensation capability of an AO system does not mean better correction effectiveness. (C) 2000 Optical Society of America.

磁盘轴向偏摆信号的计算机处理

本文讨论了磁盘轴向偏摆信号处理的原则和方法,阐述了高速A/D接口设计原则。在多次采样的前提下,对所测信号进行了加权滤波和FFT分析,设计了数据采集,数据处理及绘图程序,得到了磁盘轴向偏摆的位移曲线,速度曲线及加速度曲线,为磁盘轴向偏摆信号的计算机处理提供了一套完整的方法。

槽道湍流的直接数值模拟

通过直接数值模拟(DNS)研究槽道湍流的性质和机理。包含五个部分：1）湍流直接数值模拟的差分方法研究。2）求解不可压N－S方程的高效算法和不可压槽道湍流的直接数值模拟。3）可压缩槽道湍流的直接数值模拟和压缩性机理分析。4）“二维湍流”的机理分析。5）槽道湍流的标度律分析。1．针对壁湍流计算网格变化剧烈的特点，构造了基于非等距网格的的迎风紧致格式。该方法直接针对计算网格构造格式中的系数，克服了传统方法采用 Jacobian 变换因网格变化剧烈而带来的误差。针对湍流场的多尺度特性分析了差分格式的精度、网格尺度与数值模拟能分辨的最小尺度的关系，给出不同差分格式对计算网格步长的限制。同时分析了计算中混淆误差的来源和控制方法，指出了迎风型紧致格式能很好地控制混淆误差。2．将上述格式与三阶精度的Adams半隐格式相结合，构造了不可压槽道湍流直接数值模拟的高效算法。该算法利用基于交错网格的离散形式的压力Poisson方程求解压力项，避免了压力边界条件处理的困难。利用FFT对方程中的隐式部分进行解耦，解耦后的方程采用追赶法（LU分解法）求解，大大减少了计算量。为了检验该方法，进行了三维不可压槽道湍流的直接数值模拟，得到了Re＝2800的充分发展不可压槽道湍流，并对该湍流场进行了统计分析。包括脉动速度偏斜因子在内的各阶统计量与实验结果及Kim等人的计算结果吻合十分理想，说明本方法是行之有效的。3．进行了三维充分发展的可压缩槽道湍流的直接数值模拟。得到了 Re=3300，Ma=0.8的充分发展可压槽道湍流的数据库。流场的统计特征（如等效平均速度分布，“半局部”尺度无量纲化的脉动速度均方根）和他人的数值计算结果吻合。得到了可压槽道湍流的各阶统计量，其中脉动速度的偏斜因子和平坦因子等高阶统计量尚未见其他文献报道。同时还分析了压缩性效应对壁湍流影响的机理，指出近壁处的压力－膨胀项将部分湍流脉动的动能转换成内能，使得可压湍流近壁速度条带结构更加平整。4．模拟了二维不可压槽道流动的饱和态（所谓“二维湍流”），分析了“二维槽道湍流”的非线性行为特征。分析了流场中的上抛－下扫和间歇现象，研究了“二维湍流”与三维湍流的区别。指出“二维湍流”反映了三维湍流的部分特征，同时指出了展向扰动对于湍流核心区发展的重要性。5．首次对可压缩槽道湍流及“二维槽道湍流”标度律进行了分析，得出了以下结论：a）槽道湍流中，在槽道中心线附近较宽的区域，存在标度律。b）该区域流场存在扩展自相似性（ESS）。c）在Mach数不是很高时，压缩性对标度指数影响不大。本文结果同SL标度律的理论值吻合较好，有效支持了该理论。对“二维槽道湍流”也有相似的结论，但与三维湍流不同的是，“二维槽道湍流”存在标度律的区域更宽，近壁处的标度指数比中心处有所升高。

均匀来流绕旋转及旋转振荡圆柱绕流研究

该文通过数值方法求解二维不可压Navier-Stokes方程，对均匀来流中静止、旋转和旋转振荡圆柱绕流进行了系统的数值模拟.该文采用有限体积法对控制方程进行离散，选用元结构化四边形网格剖分计算区域，关于速度-压力耦合的处理使用了SIMPLEC方法.经过了大量的数值模拟，分盺166L鸬玫搅苏饧钢秩屏鞯氖的Ｄ饨峁?该文重点是用快速傅里叶变换（FFT）方法对旋转振荡圆柱绕流中的频率耦合现象进行研究，并分析在不同频率耦合作用下涡形成、发展和脱落的规律.

一种新的光刻机像质参数热漂移检测技术

提出了一种新的光刻机像质参数热漂移原位检测技术（TDFM）。详细分析了该技术利用镜像测试标记检测投影物镜最佳焦面热漂移与放大倍率热漂移的基本原理。实验结果表明TDFM技术可同时实现最佳焦面热漂移（FFT）与放大倍率热漂移（MFT）的精确测量。与现有的放大倍率热漂移检测技术相比，该技术有效地解决了放大倍率热漂移技术中放大倍率热漂移受最佳焦面热漂移影响的问题，简化了光刻机像质参数前馈校正的测试过程，测试成本与耗时均减少50％。

部分端面抽运板条激光器腔镜倾斜问题研究

部分端面抽运的板条激光器是一种新型固体激光器．配合混合腔可以实现在大功率下保持高光束质量的激光振荡输出。谐振腔的腔镜倾斜是影响激光器输出特性的重要因素，快速傅里叶方法是一种快捷有效的计算方法，利用此方法模拟了腔镜倾斜对近场相位分布和远场光强分布的影响，并分析了光束质量的变化。理论分析表明，腔镜的小角度倾斜对近场相位影响较大，但对远场光强空间分布影响不大；随着倾斜角度不断增大，远场发散角和光束腰宽度也增大，光束质量虽然存在恶化的趋势，但光束质量因子肝值仍然较小，离轴非稳腔仍能保持高光束质量的输出。

The intensity distribution and thermal stability of InnoSlab laser

Partially end-pumped slab laser is an innovative solid state laser, namely InnoSlab. Combining the hybrid resonator with partially end-pumping, the output power can be scaled with high beam quality. In this paper, the output intensity distributions are simulated by coordinate transformation fast Fourier transform (FFT) algorithm, comparing the thermal lens influence. As the simulated curves showed, the output mode is still good when the thermal lens effect is strong, indicating the good thermal stability of InnoSlab laser. Such a new kind of laser can be designed and optimized on the base of this simulation.

新型板条激光器的离轴混合腔模场计算

报道了一种新型双板条离轴混合腔激光器。这种激光器结构通过改变传统的冷却方式和采用特殊的谐振腔设计，将使从第一块介质板条高温一侧出射的激光对称地进入另一块板条的低温一侧，从而可对由于温度分布不均匀造成的波面畸变进行一定程度的自校正，减少热效应的影响，可望提高激光器的输出功率和光束质量。利用快速傅里叶变换（FFT）对这种激光器的近场、远场以及相位等模场特性进行了数值计算。分析了波面畸变对输出光束质量的影响，并与常规双板条激光器进行了比较，结果表明这种新型双板条离轴混合腔激光器可以实现一定程度的波面畸变自补偿，

Mode properties of off-axis one-sided hybrid resonator for novel high average power dual-slab laser

A novel dual-slab laser with off-axis one-sided hybrid resonator is presented. The mode properties of the hybrid resonator are calculated using a fast Fourier transform method (FFT). The influence of wavefront distoration on the output beam quality is considered. Results indicate that the novel dual-slab laser is better than the normal dual-slab laser with off-axis one-sided hybrid resonator.

HFFT算法的大规模集群性能评估及基于CUDA的并行化探索

近些年来，随着计算机硬件技术的高速发展，大规模并行集群系统被越来越多地用于各种科研应用等活动中，而随着多核CPU芯片的技术成熟，多核集群系统对于科学计算的处理能力得到了空前的提高，如何对科学计算中海量数据进行高效地并行计算，评估影响算法性能的相应因素，成为了一个很重要的研究方向。 快速傅立叶变换作为上个世纪公认的最重要的基础算法之一，在包括大规模科学计算处理，数字信号处理，图形图像仿真等众多领域有着广泛的应用，对此，本文结合了2008年中国最快的超级计算机曙光5000A与大规模非规则区域上的快速傅立叶变换算法，深入研究分析了该算法应用在超大规模多核并行环境下的可扩展性测试及影响性能的因素。测试结果表明，该算法在现有的超大规模并行环境下具有较好的性能，在曙光5000A上，算法在8192核的加速比达到了277倍。 本文的另一部分研究工作集中在探索现有HFFT算法在GPGPU上的并行化应用。GPU在处理能力和存储器带宽上相对CPU有明显优势，在成本和功耗上也不需要付出太大代价，这从而为并行数据处理问题提供了新的解决方案。由于图形渲染的高度并行性，使得GPU可以通过增加并行处理单元和存储器控制单元的方式提高处理能力和存储器带宽。 在实际应用中，Nvidia公司的CUDA是用于GPU计算的并行开发环境，是一个全新的软硬件架构，这个架构可以使用GPU来解决商业、工业以及科学方面的复杂计算问题。CUDA是一个完整的GPGPU解决方案，它提供了直接访问硬件的接口。由于目前GPU已在科研领域中得到广泛研究，为了利用GPU的并行数据处理能力，本文探索了一种通过GPU计算提高现有HFFT算法执行速度的途径。之后，本文对CUDA并行算法进行了实际测试，实验结果表明，GPU对并行FFT部分具有20%的加速比，而除去I/O传输后，程序的加速比是34.4倍。

低温生长砷化镓光电导天线产生太赫兹波的辐射特性

研究了低温生长砷化镓光电导天线(LT-GaAs PCA)产生太赫兹(THz)波的辐射特性。利用太赫兹时域光谱(TDS)技术测量了光电导发射极在飞秒激光作用下辐射的太赫兹脉冲,得到了时域发射光谱,并通过快速傅里叶变换(FFT)得到相应的频域光谱。结果表明,低温砷化镓光电导天线产生的太赫兹波信号比飞秒激光激发半导体表面产生的太赫兹波信号具有更高的强度和信噪比;太赫兹波信号与光电导天线的偏置电压成线性关系;随着抽运激光功率的增强,太赫兹波信号增大并出现饱和。

传输斜移对同步并行光传输系统性能的影响

针对一个具体的链路模型,通过计算机仿真分析了传输斜移对同步并行光传输系统性能的影响.光纤中的信号分析在频域中通过快速傅立叶变换(fast fourier transform,FFT)进行.分别计算了单信道误码率以及没有传输斜移和有传输斜移时并行信道总的误码率.计算结果表明,在噪声不是影响系统性能的主要因素时,传输斜移是决定并行光传输系统最大同步传输速率和传输距离的一个重要因素.