国家自然科学基金(61301296)
- 作品数：10 被引量：23H指数：3
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- 多角度倾斜光调制下的相位恢复技术
- 2018年
- 基于强度传输方程的非干涉相位恢复技术可以通过求解方程从强度测量中计算出丢失的相位信息.但在实际成像中,成像系统中透镜孔径的限制会对恢复相位的分辨率产生一定的影响.为此,文中将倾斜光照的思想引入到基于强度传输方程的相位恢复中,在空间光调制器上加载调制函数,将平面波以不同的波矢倾斜入射到物体上,使透镜孔径的通带覆盖不同的频率空间.对这些通带所覆盖的场进行求和,从而获得具有更大通带的合成场,以提高系统在高频领域的成像能力.分别构建了基于4f和单透镜的多角度倾斜光调制系统,并由系统采集的强度图像结合强度传输方程求解出相位结果.实验结果表明,文中提出的方法在有效提高恢复相位分辨率的同时保证了恢复相位的精度.
- 程鸿邓会龙徐姗姗高要利韦穗
- 关键词：分辨率相位恢复空间光调制器
- 面向全息视频显示的深亚波长光栅耦合结构（英文）被引量：2
- 2018年
- 研究了一种类MIM(Metal-Insulator-Metal)结构,用于全息显示装置,它的关键部分是铝亚波长光栅,该结构可以在可见光范围内调制反射光相位。众所周知,商业化的LCOS(Liquid Crystal of Silicon)是广泛使用的空间光调制器,但是它通过液晶的光程差实现相位调制的机制不利于器件的进一步缩小以达到全息显示所需要的空间带宽。用亚波长光栅结构代替LCOS顶部电极层,虽然几何相似,但它是物理过程新颖的全息显示装置。当入射光进入金属光栅狭缝,一个典型的零阶衍射和深亚波长F-P共振被诱导。腔边缘的反射相位可以被有效地操作使通过由一个薄的中间电介质层构成的MIM结构,因为金属表面等离子激元对周围介质的变化很敏感。而且,为了适应未来视频全息显示的需求,我们研究了动态实时调制的可能性通过改变电介质层的介电常量。通常铝不被认为是有吸引力的等离子体材料,但是它资源丰富、便宜而且与CMOS兼容,被广泛使用在空间光调制器中,例如LCOS。同时,众所周知,铝等离子体特性对材料的几何形状很敏感。然而,我们的亚波长光栅耦合结构有效的克服上述这些问题,模拟结果已经证明当铝光栅中铝纳米棒从140 nm变化到190 nm时,相位调制量的影响很小,甚至可以被忽略,这对于实际制备提供了鲁棒的可能性,同时研究了不同光栅高度对实验结果的影响,仿真结果通过CST软件给出,证明仿真电介质媒介参数在液晶折射率变化率范围内(1.4～1.7)相位调制在可见光范围可以达到0到2π,这为真实器件奠定了基础。
- 张明华沈川朱文亮韦穗
- 关键词：全息显示MIMFABRY-PEROT
- 基于亚波长光栅结构的硅基液晶器件模型研究被引量：5
- 2020年
- 金(Au)亚波长光栅被溅射到经典硅基液晶(LCoS)的ITO电极上,它与薄液晶盒和底层铝电极组成复合共振波导结构,简称GLCoS。与基于液晶传播效应的LCoS截然不同,在GLCoS中,上电极的表面等离激元与光栅槽中的TM-FP (TM-Fabry Pérot)共振耦合,诱导一个0阶反射的相位调制;铝(Al)电极既是反射背板又与Au光栅、薄液晶盒组成波导,使共振耦合得到增强。在操控光波阵面的同时,GLCoS也作为电控器件,施加电压改变液晶的折射率,进而控制开腔FP的边缘介质条件,达到有源0~2π相位调制。实验结果表明,本文结构可用于1μm量级像素的相位空间光调制器,在高空间带宽积的全息视频显示中具有广阔的应用前景。
- 沈川韦穗虞海秀陶波
- 关键词：光栅硅基液晶
- 基于压缩全息和空分复用的多彩色图像加密被引量：1
- 2020年
- 针对现有光学加密方法进行彩色图像加密时加密容量低、解密图像失真度高等问题,提出一种基于压缩全息和空分复用的多彩色图像加密方法.在光学加密阶段,结合改进的Mach-Zehnder干涉仪与空分复用技术,通过不同的随机相位掩膜对多幅彩色图像进行同时加密,仅需单次曝光即可得到由多幅彩色图像加密的全息图.在解密过程中,由于记录全息图的过程可建模为压缩感知过程,使用两步迭代收缩/阈值算法即可求解.实验结果表明,提出的加密系统加密容量大,解密重建图像质量高,结合压缩感知理论,有效地消除了同轴全息中平方场项对解密重建性能的影响,解密图像平均峰值信噪比仅下降约2~5dB;密钥安全性高,随机相位掩膜与传播距离均起到密钥的作用,在随机相位掩膜错误或传播距离仅偏移0.25%时,便无法解密出原始彩色图像;且对噪声与遮挡性攻击具有良好的鲁棒性,解密重建性能随噪声增大下降趋势缓慢,加密全息图80%信息受到遮挡性攻击时,仍可取得良好的解密重建结果.
- 张成许海涛朱园园汤俊韦穗
- 关键词：压缩感知全息术彩色图像
- 光强传输方程与图像插值融合的相位恢复（英文）被引量：6
- 2018年
- 光强传输方程作为典型的相位恢复技术,在已知待测面光强分布与光强轴向微分时,可以通过求解该方程直接得到待测面的相位分布。强度微分可以通过采集沿传播方向的不同散焦面的光强信息以计算强度差分来估计,由此,散焦面的适当选择变得尤为重要。将光强传输方程与图像插值法相结合,在几何光学模型下描述采集的散焦面光强分布与聚焦面光强分布之间的关系,再利用图像插值法计算出模糊参数不同的散焦面的光强分布,由新得到的散焦图和采集的聚焦图代入光强传输方程以计算出相位。该方法只需要采集三幅强度图像,即可计算获得其他位置的强度图像,避免了采集设备的多次移动,也为某些特殊情况下无法获取适合位置的强度图像提供了一种解决途径。实验中搭建了一个实际的光强图像获取系统,所得结果验证了所提算法的有效性。
- 程鸿邓会龙沈川王金成韦穗
- 关键词：几何光学相位恢复图像插值光学处理
- GSP插入LCOS的可行性探讨(英文)被引量：2
- 2015年
- 硅基液晶(LCOS)是最适合用于全息视频显示的空间光调制器之一,但是受限于小衍射角和低分辨率的特性,当前市场上的LCOS并不完全适用。近年来出现的超常表面(例如,间隙表面等离子体激元)具有独特的特性,提供了一种新的对光传播进行控制的方法。文中采用数值方法研究了在LCOS中插入超常表面结构,旨在解决小衍射角和低分辨率的问题。为了实用化,使用铝作为金属层、三氧化二铝层作为电介质层,生成GSP结构。首先,研究了铝在可见光频率的光学特性以及相应的法布里珀罗共振子模型。然后将初始GSP结构插入到LCOS中,得到液晶中的电场分布,进一步观察液晶中指向矢分布的变化。数值模拟的结果表明,所提出的结构对远场衍射光具有一定的影响,并且全息显示的视场角也发生一些改变。因此,这里提出的在LCOS装置中插入GSP的方案在技术上是可行的。
- 倪蕾沈川李浩刘凯峰韦穗
- 关键词：硅基液晶
- 基于高速相位调制的菲涅耳场相位恢复
- 2022年
- 多强度相位恢复方法通过改变光学成像系统中的物理参数获得不同的编码衍射图案,无需额外的先验知识即可实现相位的最佳收敛和高精度重建,然而现有多强度相位恢复方法在获取不同测量值的过程中,往往需要不断改变成像系统的物理结构,需要精确移动或调整部分光学元件的空间位置,反复地对齐与校准显著增加了工作量,从而导致成像结构较为复杂。针对上述问题,本文提出基于高速相位调制的菲涅耳场编码衍射图案实时获取方法,该方法主要使用电可调透镜(ETL)或纯相位型硅基液晶(PLCoS)两种纯相位空间光调制器来进行相位的快速动态调制,通过自由空间传播到记录平面,由探测器获取强度信息,无需使用透镜装置或者改变成像系统的物理结构,最后使用WF算法从获取的多幅编码衍射图案中同时重建光场的振幅和相位。通过对远场(FF)和菲涅耳场(FrF)在不同迭代次数、不同掩膜数量、不同噪声水平以及不同算法下分别进行对比实验,验证了本文方法的有效性和鲁棒性。相比于传统多强度相位恢复方法,本文所提出的成像系统更为紧凑和简单,避免了反复对齐与校准的工作量,具有重要的应用潜力,尤其是电可调透镜(ETL)调制系统,可适用于高分辨率场景的高速记录。
- 张成张莉茹朱进兵江劲波韦穗
- 关键词：相位调制相位恢复
- 基于光强传输方程与SLM的快速相位恢复（英文）被引量：7
- 2018年
- 基于光强传输方程(TIE)的相位恢复技术,可以通过测量一系列垂直于光轴分布的散焦强度图,直接求解得到光场的相位信息。传统的基于TIE的强度图像采集系统在获得散焦图像时需要机械移动。通过在空间光调制器(SLM)上加载透镜相位图,使其实现可编程透镜的功能,任意改变此透镜的焦距值,可以实现不同的散焦距离,从而避免采集图像过程中CCD的移动。根据不同的算法理论,设计了两种光强图像采集系统。由于日常生活中使用相机拍照时,透镜的相位调制作用不可忽略,使用SLM代替含透镜的光传播模型中透镜的作用,设计了第一种实验装置。此外,通过在4f系统的频率域位置放置SLM,设计了第二种实验装置。真实实验的结果验证了这两种方法的有效性和正确性。
- 程鸿吕倩倩韦穗邓会龙高要利
- 关键词：相位恢复空间光调制器
- 确定性矩阵可分离压缩成像被引量：1
- 2015年
- 针对可分离压缩传感使用的可分离随机正交矩阵在处理大尺度图像等高维信号感知时难度太大或成本过高的问题,引入确定性测量矩阵,提出确定性矩阵可分离压缩传感,可将如托普利兹矩阵及循环矩阵等具有确定性结构的矩阵作为可分离压缩传感的左、右可分离矩阵.该方案可以降低独立元素的数目,从而显著降低前端物理实现的难度与成本.数值模拟实验分别评估了该方法在不同采样率及不同图像尺寸下的压缩重建性能,结果表明该方法在独立元素非常少的情形下得到与原随机正交矩阵相近的重建质量,证明了其可行性.
- 张成程鸿张芬韦穗
- 关键词：压缩传感压缩成像
- 透镜模型下基于色散和强度传输方程的相位恢复技术被引量：1
- 2019年
- 针对基于强度传输方程(Transport of Intensity Equation, TIE)的非干涉相位恢复技术要求光源是单色的限制,以及强度采集过程移动CCD或物体而引入的机械误差,提出了一种适用于透镜模型下的色散相位恢复技术。该方法基于透镜成像系统的相位变换特性,将色散与TIE结合在一起,使不同波长的光经过透镜系统后在同一位置成像,从而在不机械移动的情况下获得聚焦和散焦强度图像。再利用散焦量与波长的关系结合TIE计算出物体的相位信息。模拟实验中用该方法恢复物体的相位与原始相位的相关性系数为0.970 7,均方根误差为0.061 8;同时真实实验对透镜阵列相位进行了恢复,实验结果与真实参数误差为1.74%,证明了所提方法的正确性和有效性。
- 程鸿熊帮玲王金成马慧敏张芬韦穗
- 关键词：相位恢复色散
