利用分數階變換域相位濾波製備中空光束

《利用分數階變換域相位濾波製備中空光束》是依託哈爾濱工業大學，由劉正君擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：利用分數階變換域相位濾波製備中空光束
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：劉正君

項目摘要

新型光束的製備、性質和傳輸等方面的研究已成為光學領域中的一個熱點，這些光束在光學信息處理、光通信和非線性光學等領域中具有重要套用。本項目把中空光束的製備作為研究目標，基於兩種光學分數階變換(分數傅立葉變換和gyrator 變換)的空域和頻域相位濾波操作設計製備中空光束的系統。引入相位恢復算法獲取相位掩模板的相位分布，另外擬通過設計含待定係數的特殊相位函式尋找相位分布函式。為了得到較精確的輸出光束，將尋找和設計相位恢復算法以滿足本課題中相位掩模板設計精度要求。整個相位濾波系統被安置在雷射器的輸出端，從而實現雷射器輸出光束形式到中空光束的轉變。基於相位濾波的製備方法特點是可以保持輸入光束和輸出光束之間的能量守恆關係，輸出光束可變化且嚴格為中空光束。

結題摘要

在本基金的資助下，我們的研究收穫頗豐。基於分數階變換我們提出了兩種光束製備方法，並探索了並行相位恢復算法及其在圖像編碼中的套用等相關科學問題。目前為止，我們發表了與本課題相關的23篇SCI文章，2篇會議論文。申請人於2012年入選教育部新世紀優秀人才支持計畫，2014年入選哈工大基礎研究傑出人才培育計畫。編著《MATLAB科學計算》一書。已完成的主要研究工作概況如下： (1) 在中空高斯光束的基礎上，定義了一種中空雙曲高斯光束。利用菲涅爾衍射積分研究了這種光束在自由空間中的傳輸情況。論證了一類旋轉的貝塞爾光束可以通過一個螺旋軸椎體透鏡和全息板產生。該類貝塞爾光束的拓撲核由輸入的拉蓋爾-高斯光束以及螺旋軸椎體透鏡的拓撲核共同決定。利用虛點源方法分析了旋轉對稱洛侖茲-高斯光束的製備過程。以洛侖茲-高斯光束為基礎進行分析而得到了旋轉對稱洛侖茲-高斯光束(包括積分和微分形式)的嚴格表達式及傍軸傳輸情況。 (2) 結合分數階變換的特點設計了一種並行疊代振幅-相位恢復算法。在這個方法中利用gyrator變換，對某一場景進行多次測量，利用CCD記錄不同分數階變換結果的振幅。建立了兩個非平行平面的衍射模型，基於菲涅爾衍射模型得到了如下的變換(衍射)關係。利用該衍射模型，在一個球面或者柱面分布情況下實現了基於方向復用技術的多個圖像的編碼套用。 (3) 利用一種振幅-相位混合恢復的楊-顧算法，提出一種非對稱密碼系統。基於分數傅立葉變換域Gerchberg-Saxton相位恢復算法，提出了一種彩色圖像編碼方法。針對一般的相位濾波模型，而分數傅立葉變換或者gyrator變換可以視為特殊情況下的結果(即相位濾波器取為透鏡或者薄柱透鏡組)，利用3通道級聯光學系統實現了彩色圖像的純相位編碼。