光学信息处理讲座 第九讲 傅里叶光学中的算符方法

傅里叶光学是光学信息处理的理论基础,它的基本内容是应用傅里叶变换方法来研究衍射、成象以及光学变换等问题,这些问题是作为近轴菲涅耳衍射问题来处理的.如果系统中有多个透镜,那么系统的输入-输出关系式就包含多重衍射积分,非常繁复,写出和推演都非常不便[1].但是,如果我们分析一下这些关系式,就可以看到,出现的基本演算只有有限几种.这样,就很适合于使用算符方法,对这些基本演算定义一些算符,用算符的代数运算代替积分运算.算符方法的优点是非常简洁,这不但简化了书写记号和数学推演,而且有助于揭示问题的物理实质,不致被数学的冗繁所掩…     

光学信息处理讲座第五讲 光学普遍变换

一、引 言 光学信息处理是一门交叉学科,它是光学和信息论相结合的产物.光学信息处理的基本依据之一是基于透镜的傅里叶变换作用:一个理想的薄透镜的前后焦平面上的光场分布互为傅里叶变换[1].利用透镜的这个特性,可以进行各种模拟数学运算:例如频谱分析、加、减、乘、除、微分、积分、相关、卷积等 利用透镜进行傅里叶变换的方法虽然有许多优点,但也存在着很大的局限性.例如,有许多二维函数对其傅里叶频谱进行空间滤波,效果不好,与傅里叶变换相联系的卷积和相关定理,仅能适用于线性空间不变的光学系统,而更大量的光学系统的点扩展函数是空…     

信息光学

光学滤波与频谱分析O438.22007032391基于光学子波变换的SDF匹配滤波器=SDF matching fil-ter based on optical wavelet transform[刊,中]/张琳丽(西安建筑科技大学理学院物理系.陕西,西安(710055)),盛利//光学技术.?2007,33(1).?156-158提出了一种基于光学子波变换的综合判别函数匹配滤波器(WFSDF),将光学子波变换和综合判别函数相结合,只用一个简单的4f系统就能实现输入图像和SDF子波变换的相关运算。采用计算全息的方法制作复数匹配滤波器。计算机模拟仿真结果表明,与传统的SDF匹配滤波器相比,WFSDF匹配滤波器,锐化了相关峰,…     

欠曝光下光学联合变换相关器位移探测技术的稳健性研究

研究了在低曝光量下光学联合变换相关器位移探测技术的稳健性,为提出的颤震探测系统设计与实现提供可行性论证.通过实际视频,探讨曝光量不足对光学联合变换相关器位移探测的影响.并讨论了不同方差的高斯白噪声对探测的影响.实验结果表明,光学联合变换相关器位移探测技术在欠曝3.5档和存在一定噪声范围内仍能保持良好的运动矢量估计性能,从而说明了光学联合变换相关器像移探测在一定的曝光量范围内仍能准确地得到运动矢量估计,是一种运算速度快、实时性好且稳健性较强的探测技术.     

编码孔三维分层成像

在X光医疗诊断或核子成像等方面,三维物体的特定断层成像是极有意义的.除了已有的分层照相法外,近来发展了分层合成,计算机断层扫描装置等,编码孔成像技术也是一种重要的途径[1].它的显著特点是装置简单,一次曝光就记录了全部信息,并能进行实时动态显示.X光编码孔成像用了无冗余(Nonredundant)点分布函数和在傅里叶变换的空间频率域中解码的方法[2].常用光学,电子模拟或数字计算等方式[3],其中以光学处理最简单和实现可能性最大[4].当使用像变换管时也还能进行实时显示[5].已报道了这种技术的心血管断层造影[6]. 我们的工作是着重用非相干…     

布洛姆伯根与非线性光学效应

1961年第一台激光器发明不久,弗兰克(P.A.Franken)等人利用红宝石激光器在光波段观察到二次谐波的产生,这是最早发现的二阶非线性光学效应。1962年,布洛姆伯根(Nicolaas Bloembergen,1920~)等提出了实现高效非线性频率变换的准相位匹配(QPM)理论,1965年出版专著《非线性光学》。布洛姆伯根对非线性光学频率变换进行了开创性的理论工作,在科学研究和实际应用中具有重要意义。在布洛姆伯根奠定的理论基础上,出现了研究非线性光学效应的热潮,人们陆续发现和探讨了各种非线性光学效应,如受激拉曼散射、受激布里渊散射和光学参量振荡等。此后…     

外差式激光干涉仪光学读出的两种新算法的设计与实现

纳米级和皮米级激光测距是光学技术中的重要一环,同时也是深空引力波探测实验所必须的技术。德国汉诺威的爱因斯坦研究所为此提出并实现了一种基于相位深度调制技术的外差式激光干涉仪,作为LISA计划测距系统的后备方案,在数值处理过程中使用了Levenberg-Marquardt非线性拟合方法作为干涉仪光学读出算法。探讨并展示了另外两种新的外差干涉仪光学读出拟合算法。第一种算法采用近似并迭代的数值方法将拟合过程分为两次迭代:第一次估算干涉仪的调制深度和调制相位,第二次线性迭代拟合干涉仪的相位和振幅。另外一种算法首先利用离散傅里叶变换计算频谱,然后从频谱中拟合出干涉仪的调制相位,之后采用高斯-牛顿迭代方法线性拟合调制深度、相位和振幅。在空气中长时间运行的结果显示,第一种拟合算法的连续测距误差小于0.24nm,第二种算法的误差在0.19nm左右,比原来的非线性拟合算法分析得到的误差小了5～6倍。     

基于非线性频率变换的长波红外激光器研究进展

8～12μm长波红外波段激光位于大气传输窗口并覆盖诸多气体分子的吸收带,在大气探测、光电对抗等领域具有重要的应用。目前,通过粒子数反转激光器直接辐射以及非线性频率变换间接辐射是实现8～12μm长波红外激光输出的主要方式。其中,基于非线性光学晶体频率转换的长波红外激光器具有结构紧凑、波长选择灵活、功率拓展性强等优势,近年来得到了快速发展和广泛应用。本文对二阶非线性频率变换的光学晶体、工作原理,以及获得长波红外激光的研究进展进行综述,并对基于受激拉曼散射的三阶非线性频率变换获得长波红外的方法进行了介绍和展望。     

光学相关法测量空间相机像移的性能研究

为了测量由卫星姿态不稳定或振动等原因引起的空间相机的亚像元像移,使用了光学联合变换相关器(JTC)对安装在相机焦面上的辅助面阵CCD采集到的相邻两帧图像进行相关运算.给出了使用该方法测量像移的原理,搭建了实现JTC的光学实验平台,对JTC测量相机像移的性能进行了实验研究.结果表明,使用JTC完全可以测量空间相机的亚像元...     

掺半导体玻璃波导光栅耦合高速全光开关

非线性光学器件的主要应用目的之一是全光信号处理,非线性光波导象其它非线性光学器件一样,也已被广泛地应用于全光信号处理方面的研究,如人们已采用棱镜波导非线性分布耦合方式来实现全光限幅、全光开关和全光双稳等研究[1,2].在非线性光波导器件中,由于光被束缚在微米尺寸的光波导中传输,而大大增加了光功率密度,因此,在光与非线性光波导的相互作用过程中可以大幅度地降低非线性效应的阈值功率,提高全光信号处理的灵敏度.此外,非线性光波导器件的小型化、集成化等优点更吸引人们去进行深入的研究.     

用全息透镜组成傅里叶变换系统

本文将全息透镜作为一般的傅里叶变换元件,组成傅里叶交换系统,进行了相关运算以及模糊图象处理等实验.结果表明,对全息透镜傅里叶变换系统进行某些光学信息处理工作是可行的.     

非线性光学超构表面

在线性光学范畴内,人们已经通过亚波长尺度的超薄超构表面成功实现了对光的众多新颖特性的调控功能.其主要理念是通过对具有亚波长尺度且空间方向变化的超构功能基元进行特定的排列,从而实现对光的偏振、相位和振幅的有效控制.近来,超构表面上的非线性光学特性也引起了大家的广泛关注.在本综述中,我们对非线性光学超构表面的设计、超构功能单元的材料和对称性选择、非线性手性光学、非线性贝里几何相位和非线性波前整形等内容进行了总结;最后对非线性光学超构表面在调控光与物质的相互作用中面临的挑战和前景进行了展望.     

半导体光放大器全光采样的线性度与转换效率表征

利用半导体光放大器非线性偏振旋转效应实现全光采样具有采样速度高、输入抽运功率小的优点,为高速全光模数转换提供了可能途径.提出了半导体光放大器全光采样线性度和转换效率的表征方法,该方法利用传输曲线的多项式拟合函数表征采样系统,通过多项式的余弦代换和级数展开,得到全光采样线性度和转换效率与多项式系数的解析关系,从多项式系数直接计算线性度和转换效率.该方法尢需复杂的傅里叶变换运算,其计算结果与傅里叶频谱分析结果吻合,可用于全光采样线性度和转换效率的精确表征,还可以拓展用于信号调制的非线性失真分析.     

分数衍射非线性PT对称波导中的光学孤子

基于非线性分数薛定谔方程(NLFSE)研究分数衍射非线性PT对称波导中的光学模式以及它们的稳定性。首先运用平方算符方法给出具有分数衍射效应的非线性PT对称波导中的光学模式。在此基础上,通过线性稳定性分析方法研究分数衍射效应和非厄米性对这些光学模式稳定性的影响,同时应用分步傅里叶方法对线性稳定和不稳定的光学模式的动力学进行数值模拟。结果表明,在分数衍射效应非线性PT对称系统中存在基态、第一、第二、第三激发态光学模式。随着势函数虚部调制深度的增加,基态和第一激发态是线性稳定的,而第二和第三激发态模式由线性稳定转为线性不稳定。     

非线性光学

一、引 言 激光出现之前的光学是研究弱光束在介质中的传播、反射、折射、干涉、衍射、线性吸收与线性散射等现象的科学.这些现象是满足波的线性迭加原理的.现在称之为线性光学.而将强光在介质中出现的很多新现象[1],如谐波的产生、光参量振荡、光受激散射、自聚束、多光子吸收、光致透明和光子回波等现象的研究称为非线性光学,波的线性迭加原理不再成立. 光电场作用下,原子或分子正负电荷中心发生位移,称为极化,并在宏观上出现电极化矢量,表达为 P=X1·E X2:EK X3:EEE … (1)式中E为电场强度矢量; X1为线性极化系数,是线性光学研究的…     

新型有机晶体及超宽带太赫兹辐射源研究进展

非线性光学晶体是非线性光学频率变换技术中的核心器件。近些年,为进一步提高基于非线性光学频率变换技术产生太赫兹波的输出能量、转换效率,拓宽产生太赫兹波的带宽,多种新型有机晶体得以发展,并凭借其更加出色的非线性光学性质,成为产生太赫兹波的理想材料。本文按照晶体类型介绍了目前可产生THz波的多种有机晶体的性质,并总结了基于多种有机晶体的超宽带太赫兹辐射源的国内外研究进展,同时结合THz光谱检测技术的应用需求分析了基于有机晶体宽带THz辐射源的发展趋势以及所面临的关键科学问题。     

深紫外非线性光学晶体及全固态深紫外相干光源研究进展

全固态深紫外相干光源在前沿科学、高技术等领域均有重要应用。产生全固态深紫外相干光源的一种有效而可行的技术途径是将商业化的可见、近红外全固态激光作为基频光源,通过非线性光学晶体的多级变频技术产生深紫外激光。本文系统地介绍了深紫外非线性光学晶体及全固态深紫外相干光源的研究进展。主要以KBBF晶体为代表,详细介绍了发现KBBF晶体的过程,晶体生长技术,棱镜耦合器件技术,KBBF晶体的主要光学性质以及产生深紫外相干光源的能力,同时证实了KBBF晶体是目前能使用直接倍频方法实现深紫外激光输出的非线性光学晶体。此外,文中还详细介绍了基于KBBF晶体及棱镜耦合技术的深紫外相干光源的应用情况,尤其是在超高分辨率光电子能谱仪方面的应用及取得的重要成果。最后,展望了深紫外非线性光学晶体及全固态深紫外激光技术的发展方向。     

强非局域非线性介质中的互诱导分数傅里叶变换

在强非局域非线性介质中,用强抽运光可以诱导另一弱信号光实现互诱导分数傅里叶变换效应.信号光的分数傅里叶变换阶数与传输距离和抽运光功率有关,当传输距离不变时与抽运光功率的开方成正比.互诱导分数傅里叶变换是实现光控光的又一方法,其特性有助于研发新型的分数傅里叶变换器件,并在光信息处理、光学成像等多个领域有潜在的应用. 关键词： 分数傅里叶变换 非局域介质 互诱导 光孤子     

光学信息处理讲座第十一讲 相干光学反馈技术

电子学中的反馈技术在光学领域中的引入,给光学信息处理带来了灵活性.本文着重讨论相干光学反馈系统. 相干光学反馈的基本原理:在系统输出端取出部分二维输出信号,将其与输入信号叠加后,重新输入系统,并对其二维空间频谱进行调制,得到一个非线性的、可变的系统传递函数. 实现相干光学反馈技术的光学系统有多种形式,其中主要包括二反射镜型反馈系统[1]、四反射镜型环形反馈系统[2]、平行平板型法布里-拍罗干涉仪反馈系统[3]和共焦球面型反馈系统等[4]. 一、二反射镜型反馈系统[4] 二反射镜型反馈系统是在常规的相干光处理系统(4f系统)的基础…     

空间变光学信息处理述评

一、引 言 近几年来国内外对空间变光学信息处理的研究已有若干进展. 1975年我们曾用一种非相干光方法,处理转动大模糊图象,实验和理论文章已发表[1].在文献[2,3]中论述了用平面光学元件列实现一般线性光学变换以及用迭代法求解.此后,我们对此类系统又做了一些讨论和具体计算. 正如大家所熟悉的,线性光学系统输出函数g(x,y),与输入函数f(x,y)的关系,由迭加积分表述:h(x,y;x',y')是光学系统的点扩展函数,它表示系统在输出平面上(x,y)点对于输入平面上(x',y')点δ函数的响应.当它具有h(x-x'.y-y')形式时,则此系统被称为“空间平移不变的”,或…