基于空間光調制器的太赫茲波波前調制及應用研究.pdf

1、近年來光波在通信、傳感、成像、加工等領域的應用越來越廣，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。而其中控制光波的核心技術之一就是波前調制技術，本文主要研究可見光波段的波前調制技術和利用可見光來動態(tài)控制太赫茲波波前的技術。在可見光波段主要分為相干波前的三維調制研究和基于波前擾亂的非相干圖像加密研究兩個方面。具體工作總結如下：
　　對于傳統(tǒng)的

2、三維物體的計算全息算法進行改進，提出一種新的加速算法。通過預先計算物體中心點在全息平面的光場分布，然后其他所有物點的場分布則可以通過對中心點場分布的平移和縮放來得到。使用這種方法，可以顯著減少生成三維計算全息圖的時間消耗。由運行效率對比實驗可知，這一加速算法比傳統(tǒng)的光線追跡法運算速度快了八倍。通過靜態(tài)的二維汽車和三維茶壺圖像以及動態(tài)三維茶壺計算全息圖的光學重建實驗，驗證了這一加速算法的可行性。這種加速算法或將有益于實現基于全息術的三維顯

3、示。
　　我們將波前擾亂技術運用在非相干光圖像加密領域，提出一種簡單高效的非相干光學加密系統(tǒng)。這個系統(tǒng)僅包含一個傅里葉透鏡和一個隨機相位板，并且由于采用非相干光進行照明，加密后的圖像是純強度分布，所以可以直接用CCD進行采集。在此加密系統(tǒng)中，非相干光光源的波長、隨機相位板的相位分布、系統(tǒng)光學元件之間的距離都可以作為系統(tǒng)的密鑰。我們對此非相干光學加密系統(tǒng)進行了數值模擬實驗和光學加密實驗，得到了良好的解密圖像，并且驗證了加密系統(tǒng)對于元

4、件位置的敏感程度，對加密系統(tǒng)的安全性進行了評估?？傮w來說，采用此非相干光學加密系統(tǒng)對圖像進行加密是簡單有效、切實可行的。在非相干光照明的圖像加密系統(tǒng)的基礎上，提出非相干雙圖像隱藏的方法。對于圖像一采用系統(tǒng)的點擴散函數進行加密和解密。而對于圖像二則將其進行相位編碼，用來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)記錄其加密后的強度信息，而用模擬運算來記錄加密后的相位信息，這個相位信息可以作為密鑰來解密圖像二。實驗方案

5、采用兩個空間光調制器來分別加載圖像一和圖像二。其中透過式的純光強空間光調制器用來輸入圖像一，而純相位的空間光調制器則用來加載圖像二?？紤]到系統(tǒng)的點擴散函數比較難拍攝，我們合理選取了試驗參數，又采用多幅平均以及背景噪聲相減技術。經過光學實驗得到了兩幅圖像的清晰解密結果，驗證了方法的可行性和有效性。本加密系統(tǒng)或可應用于未來的信息安全領域。
　　由于太赫茲波具有低光子能量、高穿透性、寬譜性等特點，使得其在生物成像、安全檢查以及高速通信方

6、面有很大的應用潛力。然而現在太赫茲技術發(fā)展的一個主要瓶頸在于缺乏有效的太赫茲調控器件，尤其是缺乏太赫茲波前的調制器件。這里我們提出一種用光生載流子來動態(tài)調制太赫茲波前的空間太赫茲調制器。先用空間光調制器將設計的太赫茲計算全息圖用可見光投影到高阻硅片上，硅片上所產生的光生載流子就會形成相應的太赫茲全息圖，從而實現對透過的太赫茲波前的調制。首先對所提出的太赫茲調制器的關鍵性能指標進行了測量，包括調制器的空間分辨率、調制器的適用頻率帶寬、調制

7、器的調制深度等參數。之后用這種太赫茲調制器形成了相應的太赫茲強度圖樣（字母）、同時也實現了具有不同拓撲數的太赫茲渦旋。所提出的太赫茲調制器具有加工簡單、高分辨率和寬帶的特性。相對于其他太赫茲調制器，本方法具有以下創(chuàng)新性和優(yōu)勢：本方法無需復雜的加工工藝，不需要加工金屬結構，同時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。通過計算全息技術可以實現對太赫茲強度和相位的同時進行控制，這種太赫茲調制器有望被應用于將來的太赫茲成像和通信