温海东[1]2001年在《光折变相位图和相位元件》文中指出我们利用光折变效应，在LiNbO_3:Fe晶体中首次通过成像方法成功地制作了光折变相位图和相位元件（相位波带片、达曼光栅、透镜阵列、（1+1）维、（2+1）维、圆形和环形波导等）。利用光折变饱和非线性，在不同光强比I/I_d的条件下，首次提出并通过数字记录和模拟记录两种方式分别制作了阶跃型和梯度型相位元件。对于如何克服光折变各向异性对制作二维相位元件的影响以及提高量化相位波带片的衍射效率等问题，我们通过理论推导和实验选择了最佳的实验条件，并证明了在一定条件下非相干背景光辐照可以有效地控制写入条件。 我们首次观察并用波导原理合理解释了体光折变相位图的可见性，用它代替光学信息处理中普遍使用的振幅掩模，可以大大减少能量损耗，提高转换效率，在光学相关器中会得到更为尖锐的相关峰。 我们提出的这种制作方法具有实时、简便、低成本、晶体可循环使用等优点，它为目前面临种种困难的传统二元光学与集成光学元件的制作工艺与技术提供了新思路，即利用非线性光学效应，通过入射光强的空间分布直接实现并控制介质中折射率的空间分布的一种全光学方法的“变折射率光学工程”。
王二虎[2]2004年在《光折变多重体光栅写入方法及其应用研究》文中进行了进一步梳理光折变光栅具有体积小、制作简单、易擦除、可以实时处理、衍射效率高、温度响应小、可以进行窄带滤波等优点，其在波分复用系统和光集成方面有着潜在的应用前景。而光折变LiNbO_3:Fe晶体具有良好的电光、声光以及非线性特性，且在现有的通信窗口1550nm波长处几乎没有光吸收，对光的敏感性很小，是光折变光栅应用于光通信系统的首选材料。本文主要从理论上分析了光折变光栅的形成机理和多重光折变体光栅的滤波原理，并从实验上探讨了在LiNbO_3:Fe晶体中写入光折变体相位光栅的方法及其在波分解复用系统的应用。具体内容如下： ①从光折变效应出发阐述了光折变光栅的形成机理，以光折变体光栅的耦合波理论为基础，讨论了光折变晶体中光折变光栅的衍射效率和波长选择性等问题。进而探讨了体光栅的角度复用技术和多重体光栅写入过程中的曝光技术，用循环曝光法在10×10×10mm~3的块状晶体中成功地写入了8重衍射效率相近的光折变体光栅。最后从体全息理论出发，结合布拉格条件，讨论了多重体全息相位栅的滤波原理。 ②从实验上探讨了利用光辐照法在LiNbO_3:Fe晶体中写入单个体光栅的最佳写入条件。分别观察到了写入光束夹角不同时光栅的拉曼-奈斯衍射和布拉格衍射现象，并对双光束夹角为60°时写入光栅的波长选择性及衍射效率与入射光偏振态的关系进行讨论。 ③对透射体全息光栅在读出过程中的布拉格漂移现象进行了理论和实验分析，得出在本实验条件下，当写入光强比为1∶1时可以很好地抑制布拉格漂移现象的发生。 ④利用在LiNbO_3:Fe晶体中形成的体全息光栅优良的波长和角度选择性，实现了对激光二极管输出波长的测量。通过对10×10×10mm~3块状LiNbO_3:Fe晶体中用角度复用技术写入的8重体光栅的衍射特性分析，证实了光写入多重体光栅应用于波分复用系统的可行性。进而制作了双波长波分解复用器分别实现了对相同方向入射的635nm和650nm两束光、635nm和632.8nm两束光的有效分离。
李杰[3]2014年在《广义相移数字全息相移提取算法及应用研究》文中提出数字全息利用电荷耦合器件(Charge Coupled Devices,简称CCD)等光电记录器件代替传统全息记录材料、以数字化的方式记录全息图,利用相应算法,通过计算机模拟进行数据处理从而再现原始物光波,易于实现全息图记录、存储、处理和再现过程的一体化和数字化,在光学成像与显示、光学测量与检测、光学图像信息安全等领域具有广泛应用前景,是目前信息光学及相关领域的研究热点之一。数字全息与光学全息类似,根据记录时物光波与参考光波是否同轴,可以分为同轴数字全息和离轴数字全息。从原理上来说只要记录器件的分辨率足够高且物光波与参考光波的夹角满足一定条件,离轴数字全息可以将再现光波场中再现物光波、零级项和共轭光波完全分离；然后采用傅立叶变换频谱滤波方法来消除再现光波中的零级项和共轭像,这样可以恢复重建原物光波。离轴数字全息的优点在于只需记录一幅干涉图即可实现物光波重建。但受目前光电成像器件分辨率较低的限制,记录时物光与参考光的夹角不能太大,致使离轴数字全息的视场和分辨率受到很大限制。与离轴数字全息相比,同轴数字全息可以降低对面阵光电器件分辨率的要求,可以充分利用面阵光电器件的空间带宽,具有较大成像视场和空间分辨率,但与同轴光学全息一样,需要解决再现物光波与零级项和共轭光波的问题。如何消除或降低零级项和共轭光波对再现物光波的影响,是数字全息技术领域的研究热点之一,其中最典型的是相移数字全息技术,即把干涉测量中的相移技术与数字全息技术相结合。相移干涉(Phase-shifting interferometry,简称PSI)是一种波前相位测量技术,可以从多幅相关的干涉图中获取待测物光波的相位分布。待测物光波相位分布中包含了待测物体许多有用的待测信息,获得了定量的待测物光波相位分布以后就可进行各种测量应用。相移干涉具有很高的测量精度,是光学干涉精密测量中的重要技术,在光学测量与检测领域具有广泛应用。但是,传统相移干涉需要特殊相移值或相等相移值,需要对相移器件进行精确标定和精密控制,对机械振动和环境空气扰动敏感。为了克服这些不足,多年来研究者们提出了多种不同的相移干涉算法及其误差修正补偿算法。此外,为克服传统相移干涉的不足并拓展其应用范围,研究者们提出了广义相移干涉(Generalized phase-shifting interferometry,简称GPSI)技术。广义相移干涉不需要事先设定相移值,而是从干涉图中直接提取相移值,这些相移值可以是任意未知(一般在0～π之间)且可以是不相等的,然后再通过相应的物光波恢复重建算法得到待测物光波,因此降低了对相移器的标定和控制精度要求,降低了环境等因素的影响,提高了误差免疫能力和使用的方便性,极大拓宽了相移干涉技术的应用领域并降低了仪器系统的成本。为了消除同轴数字全息再现过程中的零级项和共轭物光波,提高其成像与测量精度,研究者们将相移干涉和广义相移干涉引入到数字全息技术领域。广义相移数字全息是广义相移干涉方法与数字全息技术的结合,兼有广义相移干涉和数字全息技术的优点,具有更广泛的应用前景。广义相移数字全息尽管不需要对每次的相移量进行预先设定和精密控制,但需要从多幅相移干涉图中采用相应相移值提取算法提取相移值,然后再用提取的相移值采用相应的物光波恢复重建算法得到物光波。首先,提取相移值的精度将直接影响重建物光波的精度,从而影响最终测量或显示结果的精度,因此,提出新的相移值提取算法并提高其精度是广义相移数字全息技术的关键,也是研究的重点和热点之一。其次,不同的相移值提取算法所基于的原理和实现方式不同,对误差和噪声的敏感程度不同,适用条件也不同,因此,判断某种算法提取的相移值是否精确及其适用条件、以及对不同算法进行比较评价,具有十分重要的理论意义和应用价值。此外,有关广义相移数字全息技术在不同领域的应用研究也是该技术目前的研究热点。本论文的研究工作主要从以上叁个方面出发开展广义相移数字全息相移值提取、比较评价及其应用方面的研究。具体研究内容和创新点主要有以下叁个方面：一、在相移值提取与物光波恢复重建算法方面(1)提出一种改进的广义相移数字全息相移值提取迭代算法,该算法采用由线偏振片和λ/4波片组成的相移偏振器初步实现π/2相移,再以π/2作为初始相移值通过迭代得到精确相移值(与实际相移量尽可能接近的相移值),最后采用该精确相移值再现物光波。尽管有器件误差和调整误差存在,使得实际相移值不可能严格等于π/2,但实际相移值肯定接近π/2,因此采用π/2作为迭代过程的初始相移值,有助于减少迭代次数和时间。计算机模拟和光学实验验证了这种算法的可行性和有效性；与其他方法相比,这种算法提高了计算精度,减少了迭代次数,从而提高了计算速度。(2)提出一种新的相移值提取并重建物光波的广义相移数字全息非迭代算法,该算法采用相位分布已知的标准相位物体作为参考,同时记录由标准相位物体和待测物体分别与参考光波形成的两组相移干涉图,两组相移干涉图的相移值相等；采用最小二乘法从与标准相位物体对应的相移干涉图中提取相移值,然后利用所提取的相移值恢复重建待测物光波。这种算法适用于相移步数大于或等于二的GPSI,且对所有相位型和振幅型物体都有效。计算机模拟实验表明,该方法提取的相移值相对误差小于0.6%,且适用于0到π之间的任意相移值。模拟实验结果验证了这种算法的可行性和有效性。二、在广义相移数字全息相移值提取算法的比较评价方面本论文提出一种基于实验可探测量对GPSI相移值提取算法进行定量比较评价的客观方法。该方法利用了离轴数字全息的记录与再现原理,在离轴数字全息记录光路中引入相移干涉,定义了离轴数字全息的再现信噪比,把离轴数字全息的再现信噪比作为比较评价GPSI相移值提取算法的依据。从原理上论证了该方法的合理性,并通过实验验证了该方法的有效性和可行性。在相移数字全息及相移干涉测量中存在各种各样的误差源,选取合适的算法可以得到最精确的测量结果。已有比较方法或者只是通过计算机模拟实验对各GPSI算法进行比较,或者在光学实验中以某一算法的结果作为评价标准,这些方法都无法在实验和实际应用中确定哪种GPSI算法在当前环境下可以得到最佳结果。而本文提出的方法不仅能在计算机模拟实验中对GPSI算法进行比较评价,而且可以利用实验可探测量实现对这些算法的定量比较,这对于实际应用中选择最合适的算法规避误差具有重要意义。叁、在广义相移数字全息技术应用研究方面光学非均匀性和厚度变化对于光学窗、薄膜、基片和晶体等光学元件来说是两个重要的参数。本文提出一种利用双波长广义相移光折变数字全息同时测量厚度变化和光学非均匀性的方法。在该方法中,首先基于洛伦兹的色散模型和Lorentz-Lorenz方程讨论了光学材料的非均匀性与波长的关系,得出在正常色散区一定波长范围内光学非均匀性随波长变化可以忽略的结论；然后基于光折变全息干涉结构,采用双波长和广义相移干涉方法,实现了厚度变化和光学非均匀性的同时测量。与已有测量方法相比,该方法对物体表面没有特殊要求,并且不需要在物体表面涂折射率匹配液等额外操作,测量过程中不需要微移或重新定位待测光学元件；并且由于利用了光折变全息干涉,由干涉仪系统造成的波前畸变可以被自动补偿掉。计算机模拟和光学实验证明了这种方法的可行性和有效性。
齐鹏飞[4]2016年在《光折变表面非线性切趾啁啾波导阵列研究》文中进行了进一步梳理近年来,波导阵列在光束非线性传播、俘陷、转换及操纵等方面有着重要应用,为光子离散行为研究以及量子现象模拟提供了巨大平台。因此,波导阵列的制备及其导波特性研究成为热点。与传统波导阵列制备方法相比,光诱导法具有快速、实时、简易、成本低等众多优点。由于可擦洗、非瞬时相应和光敏等特性,光折变材料被广泛用于光诱导制备波导阵列。光折变表面波可沿光折变晶体表面无衍射传播,将光束能量约束在光折变介质近表面狭层空间,在快速互泵浦相位共轭器、信号光放大、表面二次谐波巨增强和表面等离激元长程激发等方面有着广泛应用。当光束沿光折变晶体中传播时会写入波导结构,是光折变光学中的基础概念之一,然而关于光折变表面波诱导波导阵列的研究尚属空白,该研究对表面光学现象调控和集成光学元件设计具有重要意义。本文围绕光折变表面波诱导波导阵列进行了系统研究:(1)提出了扩散机制下光折变表面波诱导的新型波导——光折变表面切趾波导阵列,折射率变化分布表现为被切趾的周期性波导阵列;并且采用转移矩阵法分析了该波导阵列色散关系和相应模式。有趣的是折射率导模和布拉格导模色散曲线相互耦合、缠绕,反交叉代替交叉并产生微小带隙;出现由折射率导模和布拉格导模拼接而成的奇异模。(2)提出了扩散漂移机制下光折变表面啁啾波导阵列,其切趾尾部的折射率变化收敛于可由外电场调节的非零值;随后采用转移矩阵法分析了该波导阵列导波特性。有趣的是折射率导模色散曲线可被外电场剪裁,有助于控制模式激发;寻常和异常的布拉格导模相互耦合、缠绕和反交叉,提供了更加丰富的反交叉;反交叉位置附近模式随色散曲线演化存在明显的耦合和竞争。(3)研究了背景光、外电场以及写入光对光折变表面波诱导切趾啁啾波导阵列的调控。随着写入光强增大,切趾波导阵列折射率导模模式带出现退简并或分裂最终趋于饱和的现象;写入光波长和掠射角可以有效调节切趾波导阵列周期大小;在写入光掠射角较大时,出现了有趣的啁啾现象,其初始位置可通过写入光强度与掠射角及背景光等调节,最大幅度及正负可由写入光掠射角、波长及外电场调节。
韩忠张[5]2012年在《二维光学负反馈系统关键技术研究》文中研究说明光学负反馈系统是将负反馈的概念从电学中引入到光学中的光学信息处理技术，也是一种将负反馈的概念从一维扩展至二维的创新性的尝试。与传统的自适应光学系统不同的是，光学负反馈系统是用全光学方法在物理上实现系统的闭环，而没有电学器件对光路的隔断。从这个意义上讲，二维光学负反馈系统构建的是物理上的光学闭环，而不仅仅是逻辑上的闭环，这对实现光速的信息处理，克服系统中电学器件在速度上的瓶颈很有价值。论文对实现光学负反馈系统中的主要技术环节进行了较详细的理论分析，主要从光学放大技术、光学相位控制技术和光学负反馈系统模型叁个方面进行阐述。结合实现二维光学反馈系统的目的，有针对性地对其中的核心技术环节进行了理论分析和软件仿真，得到了一些较有价值的结果。论文的主要工作如下：①综合阐述了实现二维光学负反馈系统的关键技术，并总结为相位控制技术、光学放大技术和非线性闭环共振器模型叁个方面。②提出了光学负反馈系统对放大环节的要求，对现今主要光学放大技术进行了综述，对各种放大方法进行了性能对比，得出了适合于光反馈系统的放大方法。③对二维光学系统中的相位控制技术进行了较详细的分析，对Zernike波前重构技术和液晶材料在相位控制技术中的应用进行了理论分析和软件仿真。④基于非线性光学谐振器的理论，建立了二维光学负反馈系统的模型，并进行了软件仿真，得出了较有价值的结论。论文的创新之处是：①提出一种全光学实现光学相位迭加的方案，除了器件本身的光电转换特性外，不需要外加非光学的辅助单元，用全光的方式实现了相位的线性迭加。②基于非线性共振器建立了系统的初步理论模型，得出了通过控制输入光学图像强度和非线性光学材料的光折变系数来控制系统中光学图像振幅和相位的相互间调制的结论。
沈亚明[6]2017年在《二值化相位全息图的设计研究》文中研究指明全息叁维显示技术相比于二维显示技术来说,能提供满足人眼生理观察需求的所有叁维场景的深度信息。光学全息只能记录和再现真实存在的物体,计算全息图可方便灵活的实现真实和虚拟的叁维场景的动态叁维显示。计算机制相位全息图可获得任意期望的光强分布,相比于振幅全息,具有极高的衍射效率。目前全息叁维显示技术主要通过空间光调制器或者光致折变材料来实现实时的叁维显示。但空间光折变器普遍存在分辨率不足的缺点,光致折变材料的刷新速度达不到视频显示的要求。VO2薄膜材料具有相变时间短,折射率变化大的特点,所以可以设计二值化的相位全息图来调制VO2薄膜材料作为新的全息叁维显示的光致折变材料。相位全息图的相位值分布在0-2π之间,相位二值化即将其所有相位值二值化为0和π,会造成大量的信息损失。图像的频谱分布会影响相位全息图二值化损失的信息量。频谱动态范围越大,二值化损失的信息量越大,频谱越平滑,损失的信息量越少。本文针对图像傅里叶频谱高频区频谱较平滑,低频区频谱动态范围过大的特点,结合直接二元搜索法,将高频区和低频区分别再现,得到的再现图像强度相加合成为原始图的再现像。从模拟仿真验证了这种二值化方法的可行性,并与傅里叶变换算法,G-S方法,逐步迭代法和直接二元搜索法进行了比较,仿真结果表明从图像频谱角度去优化设计二值化相位全息图,有助于提高二值化相位全息图再现像的质量。
刘颖[7]2015年在《二维光学负反馈系统中光信号放大技术研究》文中研究指明光信号放大技术是指通过一定的方式来控制入射光的能量流动,从而实现强光信号对弱光信号放大的一种技术。类似于一般的电学负反馈系统,在光学系统中引入负反馈也可以使系统的稳定性、抗干扰能力以及输出信号的精度等性能得到很大程度的改善。光信号放大技术是二维光学负反馈系统需要解决的关键性技术问题之一,光信号放大模块的引入使该系统高速、并行、大容量的输出高质量的光学信号成为可能。本文对二维光信号放大技术的原理和应用进行了深入的研究和探讨,从选择合适的光信号放大方法入手,到光信号放大材料的选择以及本系统对光信号放大模块的要求分别进行了分析研究,设计出适合于本系统光信号放大模块的实验方案。最后,通过进行物理实验,分析论证各个因素对二维光信号放大增益的影响。论文的主要工作有以下几个方面:①分析比较现有的几种常用的二维光信号放大技术的特点及其适用系统,并根据本系统的特点以及对光信号放大模块的要求,选择适用于本系统的最佳光信号放大方法;②分析研究基于光折变效应二波耦合理论的光信号放大技术的基本原理和主要思想,比较不同光折变材料的性能,选择本系统实现二波耦合效应的工作机制和光折变材料;③结合光信号放大的理论知识和本系统对光信号放大模块的要求,设计构建光信号放大模块的实验光路,并通过实验分析论证了写入泵浦光强度、写入信号光强度以及被写入光的入射光强比对光信号放大增益的影响。论文的创新之处:①根据二维光学负反馈系统的特点及其对光信号放大模块的要求,选择合适的光信号放大方法以及实现光信号放大的光折变材料和工作机制,并设计了光信号放大模块的实验方案;②通过所建立的二维数学模型,分析研究了各参量对光信号放大增益的影响,并通过物理实验进行了论证。
史学舜[8]2006年在《用于光交叉互连的光折变理论和实验研究》文中认为光交叉互连的基本核心元件是光开关。本文比较了几类实现光交叉互连的光开关,对利用光折变技术制作光开关的方法做了较为深入的研究,并就该器件的设计原理、制作方法进行了讨论。首先应用耦合波理论对体全息光栅的衍射效率以及多重体光栅对入射光波的角度、波长和波前相位的选择性衍射特性进行了分析,其中对波前相位编码多重体光栅的选择性衍射特性作了详细的推导。阐述了利用光折变多重体光栅技术制作全息光开关的基本原理,并进一步研究了应用于光交叉互连中光开关器件在制作过程中的诸如记录材料选择、编码方法以及写入光路等关键技术。研究表明:在理想相位调制器的情况下,波前相位编码体光栅对波前相位有着良好的、唯一的选择性,可以充分应用这一特性进行相位波长,相位角度混合编码。论文给出了分析随机波前相位编码体光栅选择性衍射的一种方法。铁掺杂的铌酸锂晶体(LiNbO3:Fe)是用于体全息光开关记录介质的最佳材料,由于铌酸锂晶体的尺寸可以做得较大,因此它具有诸如大的存储容量、高的角度选择性、较长的存储时间以及较高的衍射效率等其它光折变材料无法比拟的优点。为了获得较高的衍射效率和选择灵敏度,应当选用E光耦合(写入光均为非寻常偏振)的入射光路。而为了获得衍射效率的均匀性,应当采用O光耦合。具体采用哪种写入光路,需要根据开关通道容量以及采用的编码方式来确定。在上述的研究基础上,设计出基于体全息技术的相位选择型1×3、N×1光交叉互连光开关的试验方案,提出了波长相位角度混合编码的写入技术,并进行了初步的实验研究。
王国栋[9]1992年在《光折变晶体中的相位共轭》文中研究说明近几年来,光折变相位共轭器及其在非线性光学中的应用取得了有意义的进步。本文主要叙述光折变晶体中的四波混频以及各种光学相位共轭器的结构,简单地介绍了相位共轭器在光信息处理中的一些应用。
李艳辉[10]2005年在《光折变多重体光栅波长解复用技术研究》文中进行了进一步梳理本文通过比较几种波长解复用技术,指出他们各自的优缺点,对基于体全息技术的波长解复用技术的新方法作了较为深入的研究,并就该技术的原理、实现方法等一系列问题展开讨论。开展的研究工作及获得的主要成果如下: 1.从光折变效应出发阐述了光折变光栅的形成机理;以光折变体光栅的耦合波理论为基础,讨论了光折变晶体中光折变光栅的衍射效率和波长选择性等问题;从体全息理论出发,结合布拉格条件,讨论了多重体全息相位栅的滤波原理。 2.从理论上着重探讨了LiNbO_3:Fe晶体作为波分复用器,其写入角与解复用的关系,且通道间隔、写入角和转动角也是互相制约的。另外,对光栅的厚度与最小通道间隔的关系也进行了讨论。 3.利用在LiNbO_3:Fe晶体中形成的体全息光栅优良的波长和角度选择性,通过对10~*10~*10mm~3块状LiNbO_3:Fe晶体中角度复用技术写入的体光栅的衍射特性分析,证实了光写入多重体光栅应用于波分复用系统的可行性。
参考文献：
[1]. 光折变相位图和相位元件[D]. 温海东. 南开大学. 2001
[2]. 光折变多重体光栅写入方法及其应用研究[D]. 王二虎. 西北工业大学. 2004
[3]. 广义相移数字全息相移提取算法及应用研究[D]. 李杰. 山东大学. 2014
[4]. 光折变表面非线性切趾啁啾波导阵列研究[D]. 齐鹏飞. 南开大学. 2016
[5]. 二维光学负反馈系统关键技术研究[D]. 韩忠张. 重庆大学. 2012
[6]. 二值化相位全息图的设计研究[D]. 沈亚明. 东南大学. 2017
[7]. 二维光学负反馈系统中光信号放大技术研究[D]. 刘颖. 重庆大学. 2015
[8]. 用于光交叉互连的光折变理论和实验研究[D]. 史学舜. 西安电子科技大学. 2006
[9]. 光折变晶体中的相位共轭[J]. 王国栋. 压电与声光. 1992
[10]. 光折变多重体光栅波长解复用技术研究[D]. 李艳辉. 西北大学. 2005