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, 厦门 361021
2 漳州城市职业学院, 漳州 363000
为了研究非均匀偏振光束在海洋湍流中的光强特性, 采用广义的惠更斯-菲涅耳原理, 得到非均匀偏振光束经过海洋湍流传输后的光强分布,并对非均匀偏振光束在海水中传播的传输特性进行了研究。结果表明, 非均匀偏振光束的参量n和K越大, 其光强分布偏离高斯分布越明显, 但随着传输距离的增大, 海洋湍流对光束的影响也增大, 光强分布又回到高斯分布; 随着均方温度耗散率χT或温度与盐度波动的相对强度w的增大, 或者单位质量液体中的湍流动能的耗散率ε的减小, 非均匀偏振光束的光强分布就会更趋于高斯分布。该研究结果在海洋光通信以及成像方面存在潜在的应用价值。
海洋光学 非均匀偏振光束 广义的惠更斯-菲涅耳原理 海洋湍流 光强 偏振度 oceanic optics non-uniform polarized beam extend Huygens-Fresnel integral oceanic turbulence intensity degree of polarization
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
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 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室, 上海 201800
基于正弦相位调制的全深度复频域光学相干层析成像技术,具有镜像抑制效果好、速度灵敏度高、能在信噪比最高的零光程差位置附近成像的优点,在多普勒成像领域得到了一系列应用。然而,该技术不适用于运动速度较高的样品。为此,提出一种基于差分相位解析的复频域多普勒光学相干层析成像技术。对二维干涉谱信号进行傅里叶变换得到干涉层析信号后,利用相邻干涉层析信号的差分相位重建复层析信号,对其进行相位解调,得到全深度层析图像和多普勒图像。仿真和实验结果表明,该技术能降低高速运动对时间频谱各分量展宽的影响,得到更加准确的多普勒相移和更大的速度探测范围。
医用光学 光学相干层析成像 多普勒成像 差分相位 正弦相位调制 光学学报
2019, 39(11): 1111002
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
相干光经过多模光纤传输,在出射端形成一个随机的散斑场。对于非保偏多模光纤,还将出现退偏现象,使得入射的线偏振光不再保持线偏振分布。因此,非保偏多模光纤散斑场的随机性不仅表现在光强方面,也表现在偏振方面。基于反馈波前整形技术,实现了对多模光纤出射端无序散斑场的光强和偏振的调控,获得了光强集中的聚焦线,并且可以有效控制聚焦线的偏振分布。
物理光学 多模光纤 散斑 偏振态 光场调控
