1 运城学院 物理与电子工程系，山西 运城 044000
2 河北工程大学 数理科学与工程学院，河北 邯郸 056038
3 联想（北京）信息技术有限公司，北京 100095
4 南开大学现代光学研究所，天津 300350
5 河北工业大学 先进激光技术研究中心，天津 300401
提出了一种基于轨道角动量全息(Orbital Angular Momentum, OAM)和频移的大容量光学信息加密方法。该方法实现了对多个图像信息的并行加密。首先，对多幅原始图像进行采样，采样阵列的采样间隔取决于具有不同拓扑荷数的螺旋相位的空间频率。然后，多个采样图像信息经过随机相位调制、傅里叶变换和频移相位调制后相干叠加构成轨道角动量保留全息图。最后，将不同拓扑荷的螺旋相位分别编码到轨道角动量保留全息图中，得到轨道角动量选择全息图，进行相干叠加后构成最终的单个加密全息图。解密时，轨道角动量复合选择全息图被加载到空间光调制器上，用包含特定拓扑荷数的涡旋光束照射，并经过傅里叶变换获得多个解密信息。该加密系统具有极高的加密灵活性和极大的加密容量，不仅可以在同一拓扑荷下，设计不同的频移因子来并行加密一组多个图像信息，还可以利用不同拓扑荷对多组图像信息进行加密。该方法将涡旋光束的模式设定为一个新的光学密钥，极大地提高了光学加密系统的安全性。此外，该光学加密方法中，待加密图像信息的尺寸不受空间光调制器的像元数量限制，极大地提高了光学实现信息加密的可行性和有效性。仿真实验结果表明该方法具有较高的安全性、抗噪性和抗剪切能力。
光学信息加密 轨道角动量 全息 频移 optical information encryption OAM holography frequency shift 红外与激光工程
2023, 52(7): 20230313
1 河北工程大学数理科学与工程学院，河北 邯郸 056038
2 河北工业大学先进激光技术研究中心，天津 300401
3 南开大学现代光学研究所，天津 300350
提出一种基于全矢量光场调控和傅里叶变换频移的多图像非对称偏振光学加密新方法。首先，多幅待加密图像经过随机相位调制、傅里叶变换和频移相位调制后相干叠加构成一幅复振幅光学图像；然后将其干涉分解成两块纯相位掩模，并编码加载到基于4F系统的全矢量光场调控系统中；最后全光调控矢量光场经过偏振片后输出振幅型加密图像和密钥，它们被CCD接收，实现多幅图像的并行加密。解密时，在正确密钥条件下，根据调控光场的全矢量分布与加密图像的关系获取多幅解密图像。偏振片旋转的任意角度和干涉分解得到的纯相位图像作为密钥，极大地提高了光学图像加密系统的安全性。此外，多幅图像加密为单幅振幅型加密图像，便于保存和传输，加密系统的加密效率得到极大提高。仿真实验验证了所提多图像加密方案的有效性和可行性，实验结果表明所提方法具有很高的安全性、抗噪性、抗剪切能力和抗选择明文攻击性，具有一定的应用前景。
光学图像加密 光场调控 频移 干涉分解 多图像加密 激光与光电子学进展
2023, 60(10): 1010016
1 河北工业大学 人工智能与数据科学学院，天津 300401
2 河北工业大学 先进激光技术研究中心，天津 300401
3 河北省先进激光技术与装备重点实验室，天津 300401
4 河北工程大学 数理科学与工程学院，河北 邯郸 075000
5 运城学院 物理与电子工程系，山西 运城 044000
针对现有的太赫兹成像系统所需硬件设备复杂且昂贵的问题，设计了基于单幅图像超分辨重建的连续波太赫兹成像系统，降低设备复杂度和硬件成本。通过对该成像系统生成的太赫兹图像进行双维度预处理，降低图像处理的占用内存，提高后续处理速度。引入限制对比度自适应直方图均衡方法对太赫兹图像进行分区域对比度提升，有效解决太赫兹图像对比度低的问题。利用稀疏表示和字典学习实现太赫兹图像的超分辨重建，提出了反余割拟牛顿平滑零范数的算法解决零范数优化问题，提高了重建精度。通过对该成像系统采集的单幅太赫兹图像进行超分辨重建，在边缘强度上提高了3.232，在平均梯度对比中提高了0.300，验证了对单幅太赫兹图像超分辨重建的有效性与优越性。
太赫兹成像 连续太赫兹波 超分辨重建 terahertz imaging continuous terahertz waves super-resolution reconstruction 红外与激光工程
2023, 52(1): 20220292
红外与激光工程
2022, 51(5): 20220175
1 河北工程大学数理科学与工程学院, 河北 邯郸 056038
2 河北工程大学信息与电气工程学院, 河北 邯郸 056038
基于导模共振效应的光栅传感器因具有无需荧光标记、易于集成、能实时检测等优点在生物医学传感领域得到了广泛应用。然而,该类型传感器存在品质因子和灵敏度相互制约的问题。为此提出一种凹型光栅结构,也就是在周期性光栅的每一个单元中引入凹型微结构,增强光场与检测物质的相互作用,进而提升传感器的品质因数。利用严格耦合波算法设计了器件结构,分析器件的本征模式,阐明其物理机理。仿真结果表明,该器件的品质因数可达到6562.5。本研究工作将为研制基于微纳结构的高性能集成光学传感器提供研究基础。
集成光学 集成光学传感器 品质因数 导模共振光栅 严格耦合波分析
Author Affiliations
Abstract
Institute of Modern Optics, Key Laboratory of Optical Information Science and Technology, Ministry of Education, Nankai University, Tianjin 300071, China
We present the single-slit diffraction of the arbitrary vector fields with different parameters m, n, and f0 theoretically and experimentally. The single slit covers the polarization singularity in the center and therefore the influence of the polarization singularity on the diffraction fringes is analyzed. The experimental results which agree well with the simulation results show that the total intensity of the diffraction field is related only to the topological charge m, but the polarization distribution of the diffraction field is related to all the parameters m, n, and f0. Therefore, the diffraction patterns allow to determine all the parameters of the arbitrary vector fields.
230.3720 Liquid-crystal devices 260.5430 Polarization 120.5060 Phase modulation Chinese Optics Letters
2015, 13(1): 012302
基于计算全息，结合4f系统双随机相位图像加密技术，提出了一种图像加密以及传输的新方法。分析了计算全息(CGH)记录图像独具的扩频效应及特有的解密密钥，并实现了针对全息图不同的频谱单元及组合，采用原相位板、共轭板以及两者的有序组合作为解密密钥的计算机模拟，研究了其抗噪性能，新方法提高了图像加密的安全性。
图像处理 图像加密 计算全息 单元频谱 光学密钥 组合密钥 激光与光电子学进展
2012, 49(4): 040902
利用计算全息，提出了一种新的彩色全息图制作技术。给出了设计原理，实现了真彩色计算全息图的光学再现，对实验结果和相关问题进行了讨论。基于Matlab实现了这一种新的制作真彩色计算全息图的技术。得以下结果： 利用傅里叶变换平移不变性，可以解决三基色再现像的复位问题；利用真彩色计算全息图进行滤波再现，可提高再现像的质量； 利用傅里叶变换(FT)平移不变性，平行拼接多幅计算全息图，可有效地提高再现像强度；实现全息图简单快捷，成本低。并且还可以方便地调节各种参数，提高全息图的品质。
全息 三基色 计算全息图 傅里叶变换 平移不变性
