本文關(guān)鍵詞：基于空間光調(diào)制器的太赫茲波波前調(diào)制及應(yīng)用研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年來(lái)光波在通信、傳感、成像、加工等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣,如何更好的控制光波,包括在宏觀尺度、微觀尺度,二維以及三維方面,也包括如何控制光的振幅、相位、偏振、波矢等參量,成為了人們研究的熱點(diǎn)。而其中控制光波的核心技術(shù)之一就是波前調(diào)制技術(shù),本文主要研究可見光波段的波前調(diào)制技術(shù)和利用可見光來(lái)動(dòng)態(tài)控制太赫茲波波前的技術(shù)。在可見光波段主要分為相干波前的三維調(diào)制研究和基于波前擾亂的非相干圖像加密研究?jī)蓚�(gè)方面。具體工作總結(jié)如下:對(duì)于傳統(tǒng)的三維物體的計(jì)算全息算法進(jìn)行改進(jìn),提出一種新的加速算法。通過(guò)預(yù)先計(jì)算物體中心點(diǎn)在全息平面的光場(chǎng)分布,然后其他所有物點(diǎn)的場(chǎng)分布則可以通過(guò)對(duì)中心點(diǎn)場(chǎng)分布的平移和縮放來(lái)得到。使用這種方法,可以顯著減少生成三維計(jì)算全息圖的時(shí)間消耗。由運(yùn)行效率對(duì)比實(shí)驗(yàn)可知,這一加速算法比傳統(tǒng)的光線追跡法運(yùn)算速度快了八倍。通過(guò)靜態(tài)的二維汽車和三維茶壺圖像以及動(dòng)態(tài)三維茶壺計(jì)算全息圖的光學(xué)重建實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了這一加速算法的可行性。這種加速算法或?qū)⒂幸嬗趯?shí)現(xiàn)基于全息術(shù)的三維顯示。我們將波前擾亂技術(shù)運(yùn)用在非相干光圖像加密領(lǐng)域,提出一種簡(jiǎn)單高效的非相干光學(xué)加密系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)僅包含一個(gè)傅里葉透鏡和一個(gè)隨機(jī)相位板,并且由于采用非相干光進(jìn)行照明,加密后的圖像是純強(qiáng)度分布,所以可以直接用CCD進(jìn)行采集。在此加密系統(tǒng)中,非相干光光源的波長(zhǎng)、隨機(jī)相位板的相位分布、系統(tǒng)光學(xué)元件之間的距離都可以作為系統(tǒng)的密鑰。我們對(duì)此非相干光學(xué)加密系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)和光學(xué)加密實(shí)驗(yàn),得到了良好的解密圖像,并且驗(yàn)證了加密系統(tǒng)對(duì)于元件位置的敏感程度,對(duì)加密系統(tǒng)的安全性進(jìn)行了評(píng)估�？傮w來(lái)說(shuō),采用此非相干光學(xué)加密系統(tǒng)對(duì)圖像進(jìn)行加密是簡(jiǎn)單有效、切實(shí)可行的。在非相干光照明的圖像加密系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,提出非相干雙圖像隱藏的方法。對(duì)于圖像一采用系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)進(jìn)行加密和解密。而對(duì)于圖像二則將其進(jìn)行相位編碼,用來(lái)擾亂主圖像的波前信息。由于圖像二的信息是純相位信息,所以采用加密統(tǒng)記錄其加密后的強(qiáng)度信息,而用模擬運(yùn)算來(lái)記錄加密后的相位信息,這個(gè)相位信息可以作為密鑰來(lái)解密圖像二。實(shí)驗(yàn)方案采用兩個(gè)空間光調(diào)制器來(lái)分別加載圖像一和圖像二。其中透過(guò)式的純光強(qiáng)空間光調(diào)制器用來(lái)輸入圖像一,而純相位的空間光調(diào)制器則用來(lái)加載圖像二�？紤]到系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)比較難拍攝,我們合理選取了試驗(yàn)參數(shù),又采用多幅平均以及背景噪聲相減技術(shù)。經(jīng)過(guò)光學(xué)實(shí)驗(yàn)得到了兩幅圖像的清晰解密結(jié)果,驗(yàn)證了方法的可行性和有效性。本加密系統(tǒng)或可應(yīng)用于未來(lái)的信息安全領(lǐng)域。由于太赫茲波具有低光子能量、高穿透性、寬譜性等特點(diǎn),使得其在生物成像、安全檢查以及高速通信方面有很大的應(yīng)用潛力。然而現(xiàn)在太赫茲技術(shù)發(fā)展的一個(gè)主要瓶頸在于缺乏有效的太赫茲調(diào)控器件,尤其是缺乏太赫茲波前的調(diào)制器件。這里我們提出一種用光生載流子來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)制太赫茲波前的空間太赫茲調(diào)制器。先用空間光調(diào)制器將設(shè)計(jì)的太赫茲計(jì)算全息圖用可見光投影到高阻硅片上,硅片上所產(chǎn)生的光生載流子就會(huì)形成相應(yīng)的太赫茲全息圖,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)透過(guò)的太赫茲波前的調(diào)制。首先對(duì)所提出的太赫茲調(diào)制器的關(guān)鍵性能指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)量,包括調(diào)制器的空間分辨率、調(diào)制器的適用頻率帶寬、調(diào)制器的調(diào)制深度等參數(shù)。之后用這種太赫茲調(diào)制器形成了相應(yīng)的太赫茲強(qiáng)度圖樣(字母)、同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了具有不同拓?fù)鋽?shù)的太赫茲渦旋。所提出的太赫茲調(diào)制器具有加工簡(jiǎn)單、高分辨率和寬帶的特性。相對(duì)于其他太赫茲調(diào)制器,本方法具有以下創(chuàng)新性和優(yōu)勢(shì):本方法無(wú)需復(fù)雜的加工工藝,不需要加工金屬結(jié)構(gòu),同時(shí)還具有較高的分辨率和寬譜適用范圍,而且具有較高的刷新率。通過(guò)計(jì)算全息技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)太赫茲強(qiáng)度和相位的同時(shí)進(jìn)行控制,這種太赫茲調(diào)制器有望被應(yīng)用于將來(lái)的太赫茲成像和通信系統(tǒng)中。在動(dòng)態(tài)光控太赫茲調(diào)制器的基礎(chǔ)上提出了一種生成矢量太赫茲波前的方法。采用一個(gè)亞波長(zhǎng)的金屬光柵來(lái)調(diào)節(jié)太赫茲的偏振態(tài),而用光生載流子的太赫茲計(jì)算全息圖來(lái)調(diào)制太赫茲的振幅和相位部分。用所提出的方法生成了徑向偏振的太赫茲波以及一個(gè)拓?fù)鋽?shù)為1的圓柱型太赫茲矢量光束,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論模擬符合較好,從而上驗(yàn)證了方法的有效性。而且所提出的方法還具有寬帶可適性和動(dòng)態(tài)可調(diào)性,這一結(jié)果可能會(huì)應(yīng)用于將來(lái)的太赫茲傳感、成像和通信等領(lǐng)域。
【關(guān)鍵詞】：波前調(diào)制 空間光調(diào)制器 三維顯示 計(jì)算全息 非相干加密 太赫茲波前調(diào)制 矢量太赫茲光束
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN761
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第1章 緒論12-27
• 1.1 光波的波前12-13
• 1.2 波前調(diào)制技術(shù)以及器件13-23
• 1.2.1 全息術(shù)13-17
• 1.2.2 計(jì)算全息技術(shù)17-19
• 1.2.3 空間光調(diào)制器19-22
• 1.2.4 基于超表面的波前調(diào)制技術(shù)22-23
• 1.3 研究意義及存在的問(wèn)題23-24
• 1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容24-27
• 第2章 相干光三維波前調(diào)制的加速算法27-42
• 2.1 引言27-28
• 2.2 三維點(diǎn)云法建模以及光線追跡法28-29
• 2.3 基于光線追跡法的三維計(jì)算全息的加速算法29-34
• 2.4 加速算法的運(yùn)行效率34
• 2.5 計(jì)算全息圖的光學(xué)重建34-40
• 2.5.1 二維圖像的計(jì)算全息圖及光學(xué)重建34-36
• 2.5.2 靜態(tài)三維計(jì)算全息圖及重現(xiàn)實(shí)驗(yàn)36-39
• 2.5.3 動(dòng)態(tài)三維茶壺的計(jì)算全息重建39-40
• 2.6 本章小結(jié)40-42
• 第3章 基于波前擾亂的非相干光圖像加密42-63
• 3.1 引言42-43
• 3.2 純相位擾亂的非相干加密系統(tǒng)43-54
• 3.2.1 加密系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及基本原理43-45
• 3.2.2 加密系統(tǒng)的數(shù)值模擬45-47
• 3.2.3 加密系統(tǒng)的安全性評(píng)估47-48
• 3.2.4 加密系統(tǒng)的光學(xué)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證48-52
• 3.2.5 隨機(jī)相位板的位置對(duì)解密結(jié)果的影響52-54
• 3.3 非相干雙圖像加密54-61
• 3.3.1 加密系統(tǒng)設(shè)計(jì)54-56
• 3.3.2 數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)56-58
• 3.3.3 光學(xué)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證58-61
• 3.4 本章小結(jié)61-63
• 第4章 光控動(dòng)態(tài)太赫茲波前調(diào)制器63-77
• 4.1 引言63-64
• 4.2 光控太赫茲調(diào)制器基本原理64-67
• 4.2.1 器件原型設(shè)計(jì)64-65
• 4.2.2 硅片對(duì)太赫茲透過(guò)率隨控制光功率的變化65-67
• 4.3 光控太赫茲調(diào)制器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及性能測(cè)試67-72
• 4.3.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)搭建67-69
• 4.3.2 調(diào)制器性能參數(shù)測(cè)量與分析69-72
• 4.4 太赫茲波前調(diào)制實(shí)驗(yàn)72-75
• 4.4.1 振幅調(diào)制72-74
• 4.4.2 相位調(diào)制74-75
• 4.5 本章小結(jié)75-77
• 第5章 矢量太赫茲波的產(chǎn)生77-87
• 5.1 引言77-78
• 5.2 基本原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)78-81
• 5.2.1 基本原理78-79
• 5.2.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)介紹79-81
• 5.3 矢量太赫茲波的模擬和實(shí)驗(yàn)生成81-86
• 5.3.1 徑向偏振的太赫茲波的產(chǎn)生81-84
• 5.3.2 帶寬特性研究84-85
• 5.3.3 其他圓柱矢量太赫茲波的產(chǎn)生85-86
• 5.4 本章小結(jié)86-87
• 結(jié)論87-90
• 參考文獻(xiàn)90-105
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果105-108
• 致謝108-109
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷109

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 張浩;謝敬輝;劉娟;王涌天;;Optical reconstruction of 3D images by use of pure-phase computer-generated holograms[J];Chinese Optics Letters;2009年12期

  本文關(guān)鍵詞：基于空間光調(diào)制器的太赫茲波波前調(diào)制及應(yīng)用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：285958