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
涡旋光束的轨道角动量 (OAM) 可用于信息的编码, 因此在自由空间光通讯等领域具有重要的应用价值。然而, 实际的传输空间通常存在着各种随机介质, 会造成传输涡旋光束的波面畸变, 导致传统的方法无法准确测量涡旋光束的轨道角动量。针对此问题, 以毛玻璃作为随机介质, 基于深度学习技术, 从涡旋光束经过毛玻璃所产生的散斑场中准确识别出了涡旋光束的轨道角动量。为提升光信息的编码与传输能力, 还进一步测试了多涡旋结构光束的轨道角动量识别。测试结果表明, 对于五个涡旋结构的光束, 所设计的网络仍能从单帧散斑图中准确识别其轨道角动量。
量子光学 轨道角动量 深度学习 涡旋光束 散斑 quantum optics orbital angular momentum deep learning vortex beam speckle
1 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
2 闽南师范大学 物理与信息工程学院，福建 漳州 363000
不同于毛玻璃等固态散射介质静止不变的特点，浑浊介质对光束的散射作用同时体现在空间及时间上，当浑浊介质动态变化时，大多数的传统散射成像方法失效。针对以上问题，文中采用了一种基于深度学习恢复散斑图像的方法，研究了浑浊介质中，不同散射介质及散射介质浓度不同的条件下，神经网络的图像恢复效果，并利用不同浓度散射介质获得的散斑图像混合训练测试神经网络的泛化能力。实验结果表明，在不同散射介质及散射介质浓度不同的条件下，该网络均能够根据散斑图像获得较高保真度的恢复图像，且在不同浓度散射介质的散斑图像混合训练的情况下，网络泛化能力及鲁棒性强。
图像恢复 散射介质 散射成像 深度学习 image reconstruction scattering medium scattering imaging deep learning 红外与激光工程
2022, 51(8): 20220215
1 福建省光传输与变换重点实验室，华侨大学信息科学与工程学院，福建 厦门 361021
2 华侨大学工学院，福建 泉州 362021
白光扫描干涉测量中，频域分析(FDA)方法通过波数域的相位解包裹和线性拟合得到斜率来计算物体表面形貌，干涉仪中的振动噪声和背景噪声会给斜率测量带来误差，从而影响FDA方法的测量精度。研究发现，波数域相位线性拟合后的常数项能够有效补偿噪声对FDA方法的影响，波数域相位补偿(PCWD)方法通过对波数域的线性相位作傅里叶逆变换，得到空域的振幅和相位分布，以距离振幅最高点最近的相位零点测量光滑反射镜表面形貌。仿真结果表明：存在振动噪声时，PCWD方法有90%的概率补偿FDA测量结果中平均8.9 nm的误差，也有10%的概率给FDA测量结果额外引入平均1.9 nm的误差；存在背景噪声时，FDA与PCWD方法的平均测量误差分别为4.5 nm和0.6 nm。实验结果表明：FDA方法测量的反射镜表面结构的起伏小于25 nm，重复率为7.4 nm；PCWD方法测量的反射镜表面结构的起伏小于4 nm，重复率为1.1 nm。综上所述，PCWD方法在FDA方法的基础上进一步提升了测量精度。
测量 白光干涉 表面检测 相位补偿 噪声抑制 中国激光
2022, 49(11): 1104002
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
由于随机散射效应,相干光束经过强散射介质后,出射光场变成光强呈无序分布的散斑场,因此无法直接从出射场获取入射光的信息。然而,在随机散射过程中,出射散斑场仍然携带着入射光场信息。从散斑场中获取原始信息以实现物体的重建是一个备受关注的研究课题。研究人员针对该问题提出了包括散斑相关、传输矩阵、波前调控及时间反演与相位共轭等技术。着重介绍了基于相关全息原理的散射成像技术,主要包括其原理、发展历史以及最新的研究进展,并对该技术的未来发展趋势进行了展望。
成像系统 散射成像 相关全息 散射介质 散斑场 激光与光电子学进展
2021, 58(2): 0200001
Author Affiliations
Abstract
1 College of Information Science and Engineering, Huaqiao University, Xiamen 361021, China
2 Department of Physics, Indian Institute of Technology (BHU), Varanasi 221005, Uttar Pradesh, India
3 CREOL, College of Optics and Photonics, University of Central Florida, Orlando, FL 32816-2700, USA
4 Fujian Provincial Key Laboratory of Light Propagation and Transformation, Huaqiao University, Xiamen 361021, China
Encoding information using the topological charge of vortex beams has been proposed for optical communications. The conservation of the topological charge on propagation and the detection of the topological charge by a receiver are significant in these applications and have been well established in free-space. However, when vortex beams enter a diffuser, the wavefront is distorted, leading to a challenge in the conservation and detection of the topological charge. Here, we present a technique to measure the value of the topological charge of a vortex beam obscured in the randomly scattered light. The results of the numerical simulations and experiments are presented and are in good agreement. In particular, only a single-shot measurement is required to detect the topological charge of vortex beams, indicating that the method is applicable to a dynamic diffuser.
intensity correlation vortex beam scattering Chinese Optics Letters
2021, 19(2): 022603
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
介绍了激光光束经过湍流大气以及散射介质的传输特性。当激光在湍流大气中传输时, 湍流大气的扰动会影响光束的传输特性。此时, 激光光束仍然保持光束的特性, 因此可以应用扩展的 Huygens-Fresnel 衍射积分研究激光在湍流大气中的传输特性。研究表明, 当光束在湍流大气中传输时, 光束的光斑大小、偏振态、空间相干度、闪烁因子等参数发生了变化。这些参数的变化除了与大气湍流性质有关外, 还与光束的特性有关。因此选择合适的入射光束可以减低湍流大气对光束传输的影响。当相干激光经过散射介质后, 会呈现散斑。通过调控入射激光的波前, 可以使得激光经过散射介质后聚焦。介绍了实现激光经过散射介质聚焦的技术, 包括基于迭代反馈的波前整形技术、传输矩阵, 以及数字相位共轭技术等。最后, 展望这些技术应用于激光在实际大气中的传输, 实现激光穿云透雾的目标。
激光技术 湍流大气 散射介质 激光光束 传输 波前调控技术 aser technology turbulent atmosphere scattering medium laser beam propagation wavefront shaping
1 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
2 厦门大学海洋与地球学院 海洋观测技术研发中心, 福建 厦门 361005
基于弯曲的罗丹明B(rhodamine B)掺杂聚合物微米线, 搭建了Y型分束器、微米线-环形腔耦合结构等典型微米光子回路; 采用锥形光纤耦合的方式, 将光能量导入回路并在微米线中激发荧光; 通过移动锥形光纤增加光的传输距离, 分析能量的输出强度与传输长度之间的关系。研究发现, 通过激发出的荧光光路强度, 可显示回路中的能量沿微米线轴线周期性地衰减振荡, 并在微米线弯折处发生相位跃变; 回路输出端能量随传输距离的增加呈周期性变化, 且在半个周期内, 可将Y型分束器分光比从1.3调节到2.4(＜2 μm), 使耦合结构中单个输出端的强度峰谷比达到2.1(＜6 μm)。利用锥形光纤耦合激发出的荧光, 可在远场直接显示回路的能量传输状态, 并在传输距离改变时对能量的耦合情况进行实时反映, 实现回路输出性能的大范围调节, 为复杂微光子器件的搭建及性能调节提供了一种直观、简便的方法。
聚合物微米线 荧光掺杂 能量显示 能量调节 光子回路 polymer microfiber fluorescent doping energy observation energy adjustment photonic circuit
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
实验上,在线偏振和圆偏振强激光场中测得同核双原子分子O2在两个不同波长(800 nm和1500 nm)下的离子产量随光强变化曲线,发现其呈现出有趣的波长和偏振依赖关系: O2+产量在长波长下比短波长下更低,且不同波长间 O2+产量的差距在圆偏振光下相较线偏振下变得更大。利用散射矩阵(S-Matrix)理论模型定性地重复出实验结果,并从电子动量分布方面进一步确认了分子轨道效应对O2强场单电离的影响。
原子与分子物理学 单电离 O2分子 强激光场 波长和偏振依赖
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
通常情况下,激光光束经过散射介质后会产生无序的散斑。基于波前相位调制技术,利用连续序列算法结合四步相移法对入射激光的波面进行相位调制,使其通过散射介质在目标位置处形成聚焦。实验着重研究激光经过不同厚度的强散射片样品的聚焦,讨论散射介质的厚度与聚焦点光强增长因子的关系。实验结果表明,透过的散射介质越厚,聚焦光斑尺寸越小,目标位置处聚焦点的光强增长因子也越小。
成像系统 散射 聚焦 相位调制 散射介质厚度 光强增长因子
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
为了研究涡旋光束和高斯光束在水下湍流中的闪烁特性，搭建了一套含有水下湍流的实验系统，利用循环泵控制水槽内湍流的强弱，使用闪烁仪测量光束的闪烁因子.利用这套实验系统，详细研究了涡旋光束和高斯光束在水下传输时的闪烁因子.研究结果表明，涡旋光束和高斯光束的闪烁因子随着传输距离的增大而增大，并且随着水下湍流强度增大，涡旋光束和高斯光束对应的闪烁因子也越大.在12.6 m的传播距离内，拓扑电荷m=2的涡旋光束的闪烁因子远大于高斯光束的闪烁因子.另外，在不同强度的水下湍流中，拓扑荷数m=6的涡旋光束传播到5.4 m时，其径向闪烁因子都先减小然后再增大.此外，拓扑荷数m=6的涡旋光束经过一定距离的传播后，其闪烁因子低于拓扑荷数m=4的涡旋光束的闪烁因子.本文研究结果对探索涡旋光束在海洋湍流中的应用具有重要价值.
涡旋光束 水下湍流 闪烁因子 拓扑荷数 光强分布 Vortex beam Underwater turbulence Scintillation index Topological charge Light intensity distribution 光子学报
2019, 48(12): 1214004
