1 哈尔滨理工大学测控技术与通信工程学院大珩量子调控协同创新中心，黑龙江 哈尔滨 150080
2 中国科学技术大学中国科学院量子信息重点实验室，安徽 合肥 230026
目标边缘增强上转换探测是一种通过非线性光学手段将红外（或太赫兹等）长波目标图像“上转换”到可见光波段的同时，强化目标图像几何边缘特征的新型上转换探测技术。基于准相位匹配的近红外上转换系统，理论结合实验进一步深入研究了泵浦空间复振幅结构对上转换目标图像特征的影响。通过比对研究定量分析了振幅带通滤波与螺旋相衬对目标图像边缘特征的增强效果，以及各自量子效率的差异。基于研究结论，针对几种典型场景给出了若干可实施的应用建议。
非线性光学 边缘增强 空间复振幅调制 上转换探测 傅里叶光学 平顶涡旋光束
光场调控和信息感知工业和信息化部重点实验室，陕西省光信息技术重点实验室，西北工业大学物理科学与技术学院，陕西 西安 710129
随着大数据时代的到来，空间光通信已被广泛应用于各种通信系统中，但随之而来的是容量瓶颈的挑战。基于光场频率、时间、偏振、横向空间模式等维度调控的信息编解码方法在解决容量问题方面展现了优异性能，但光场的纵向维度却未被应用于信息编解码。针对此问题，本文提出了一种基于电介质超表面的光场纵向维度信息编解码新方法，基于四原子结构的几何相位和传输相位联合调控，实现了透射场自旋相关的复振幅调控。同时，利用光学冻结波原理产生了轨道角动量模式叠加态的纵向可控变化，并验证了光场模态的纵向调控能够以指数级提升信道中的模态容量。纵向维度作为一个全新的编码自由度，有望进一步提高自由空间光通信性能。
表面光学 超表面 纵向调控 复振幅 编码 中国激光
2023, 50(18): 1813013
1 浙江师范大学浙江省光信息检测与显示技术研究重点实验室，浙江 金华321004
2 义乌工商职业技术学院，浙江 义乌 322000
引入了一种新型完美涡旋光束——完美Lommel光束（PLBs）。首先给出了产生这种光束的理论机制，然后构建实验系统来产生PLBs。实验主要分为两步：第一步是利用罗曼迂回相位编码法产生高质量Lommel光束；第二步是将生成的Lommel光束经傅里叶变换后产生PLBs。产生的PLBs的环半径不受拓扑荷值的影响，并可通过阶数、不对称参数的模和角度三个参数来调控PLBs的分布，这意味着PLBs是一种具有三个自由度的三参量完美涡旋光束。
物理光学 完美Lommel光束 罗曼迂回相位编码法 复振幅调制
红外与激光工程
2021, 50(12): 20210735
清华大学 精密仪器系 精密测试技术及仪器国家重点实验室, 北京100084
计算全息能够在计算机中实现光学全息的波前衍射计算与波前数字编码, 并通过相干光照射全息图重建物光波前。但其空间带宽积受现有数字调制器件限制, 光学重建受振幅编码或相位编码引入的噪声影响。复振幅全息利用现有的光电调控器件实现全息图复振幅波前编码, 避免振幅项或相位项的损失, 兼有高运算效率、高空间带宽积和高重建精度等优势。基于双相位的复振幅光场调控方法因其理论完备性高、光学系统方案成熟, 在复振幅计算全息领域具有广阔的应用前景, 是全息三维显示重要的发展方向。本文综述了复振幅计算全息的原理与研究进展, 分析已报道的复振幅全息方案, 重点介绍复振幅的双相位调制原理与基于双相位原理的液晶空间光调制器复振幅全息显示系统。
复振幅调控 计算全息 液晶空间光调制器 complex modulation computer-generated holography liquid crystal spatial light modulator
1 长春理工大学 空间光电技术国家与地方联合工程研究中心, 吉林 长春 130022
2 长春理工大学 光电工程学院, 吉林 长春 130022
根据衍射光学理论, 分析了基于瞳函数调制的望远超分辨成像系统中, 用于视场选择和过滤旁瓣影响的视场光阑的衍射效应对于成像效果的影响机理, 并给出了补偿原理和方案。微孔视场光阑和四环带阶跃型位相滤波器分别放置在系统一次像面和出瞳位置。理论分析和仿真表明: 视场光阑口径越小, 最终像面光斑主瓣越宽甚至失去超分辨效果, 旁瓣光强峰值与主瓣光强峰值之比也越高。对此时出瞳处的光场振幅、位相场分别进行多项式拟合, 求解进行修正的复振幅型光瞳滤波器设计参数, 可以有效抑制视场光阑的衍射效应, 获得良好的超分辨成像效果, 且超分辨成像与光阑效应补偿合二为一, 不会增加系统光路的复杂度。并进行了实际实验, 验证了以上设计方法的有效性。以上研究结果可为应用在天文观测、空间探测等方面的超分辨成像系统设计提供依据。
超分辨 视场光阑 衍射 光瞳滤波器 复振幅 super-resolution field stop diffraction pupil filter complex amplitude 红外与激光工程
2020, 49(2): 0214004
1 中国科学院大学 光电学院, 北京 100049
2 中国科学院 光电研究院, 北京 100094
3 西京学院 理学院, 陕西 西安 710123
传统单光束多强度重建(SBMIR)系统中, 多次平移图像传感器所积累的误差导致光电成像系统的成像效果及有效分辨率降低, 为了解决这一问题。本文提出基于平行平晶的三步相干衍射成像系统, 采取插入或抽取 2块平行平晶的方法获取 3个不同的衍射面, 实现了对复振幅型物体的成像及恢复重建。数值模拟及实验表明, 系统有效克服了SBMIR系统中数次平移的误差积累问题, 且仅需记录 3个衍射面, 避免过采样。而且光学系统实现简便、可重复性高。
单光束多强度 相干衍射成像 平行平晶 复振幅 the single-beam multiple-intensity coherent diffraction imaging parallel plates complex amplitude
浙江理工大学纳米测量技术实验室, 浙江 杭州 310018
为了改善半导体激光光束质量,使其能够满足大距离高精度干涉测量的要求,使用空间光调制器对半导体激光光束进行整形,提出了一种基于复振幅调制算法的光束整形方法。利用该方法可将半导体激光光束整形为准直性好、光强分布均匀的无像散基模高斯光束。通过光束质量分析对整形后的光束进行评估,实验结果显示整形后半导体激光光束在x和y方向的M2因子均趋于1,像散接近于0,验证了该光束整形方法的有效性。将提出的半导体激光光束整形方法应用于大距离干涉测量中,在8 m处进行了微米级步进位移测量,与纳米位移工作台相比,所得结果达到了亚波长的测量精度。实验结果表明整形后的光束能够满足大距离高精度干涉测量的要求,验证了提出的半导体激光光束整形方法的可行性。
激光光学 半导体激光器 激光光束整形 空间光调制器 复振幅调制
1 东南大学 电子科学与工程学院, 南京 210096
2 江苏新广联半导体有限公司, 无锡 江苏 214192
出一种适用于增强现实的视网膜显示技术, 利用一个相位型空间光调制器结合计算机全息图算法, 实现了直接在视网膜上进行全息重建。首次从理论出发, 给出了相位型空间光调制器输入相位与眼球前平面光场的计算关系, 讨论并比较了基于GS的全息图计算方法和基于双相位编码的复振幅调制全息图计算方法的特点, 采用复振幅调制, 全息重建中的散斑噪声得到抑制。仿真和实验结果验证了应用于视网膜全息成像的计算机全息图算法的有效性。实验证明, 该方法能够利用一个纯相位空间光调制器在眼球里进行多平面的无散斑全息重建, 同时在视网膜附近重建振幅信息, 使得眼睛聚焦在某个平面时, 该平面的图像能够恰好投影在视网膜上。整个过程模拟了自然场景中人眼调焦和观察的过程, 不同于双目视差的三维显示方法, 文章提出的视网膜显示技术是一种真三维全息重建, 不存在视觉辐辏调节冲突。
全息显示 复振幅调制 增强现实 holographic display complex modulation augmented reality
华侨大学信息科学与工程学院福建省光传输与变换重点实验室， 福建 厦门 361021
设计了一种简单而新颖的光学元件。光束经过此元件后，再利用透镜聚焦便可产生无衍射Mathieu光束，且改变衍射元件的参数，Mathieu光束的q值随之改变。利用离散傅里叶方法从理论上导出了该光学系统的Mathieu光束的表达式，采用Matlab模拟了光斑强度。数值模拟和实验结果证实了此元件产生无衍射Mathieu光束的有效性。
衍射 Mathieu光束 离散傅里叶方法 角谱 复振幅
