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光学学报 2023年第5期43卷 88-96页

作者：蔡晓峰宋恭渝杨鑫王曾垚文清许富洋任志君浙江师范大学物理与电子信息工程学院信息光学研究所浙江金华321004 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 珑璟光电-微纳光学研究中心广东深圳518000

提出了一种紧凑型纯相位全息近眼显示方法,避免了4f系统的使用且通过滤波可消除零级光和高级衍射光的干扰,能够实现近眼虚拟现实(VR)和增强现实(AR)三维显示。在进行全息图计算时,三维物体被分割成多层图像,利用每一层图像相对于投影透... 详细信息

提出了一种紧凑型纯相位全息近眼显示方法,避免了4f系统的使用且通过滤波可消除零级光和高级衍射光的干扰,能够实现近眼虚拟现实(VR)和增强现实(AR)三维显示。在进行全息图计算时,三维物体被分割成多层图像,利用每一层图像相对于投影透镜焦平面的距离和投影透镜的焦距获得该深度对应的补偿相位因子,采用迭代优化算法获得三维物体的纯相位全息图并在所提系统中进行显示。通过数值模拟和光学实验,证明了所提方法的有效性。

关键词：全息全息三维显示近眼显示相位全息虚拟现实增强现实

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相位全息生成技术研究

相位全息生成技术研究

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作者：左建峰北京信息科技大学

学位级别：硕士

计算全息显示是最具发展潜力的立体显示技术之一,可以产生生动、逼真的三维图像。通过计算机和数学模型,计算全息可以模拟传统全息的记录和再现过程,大大促进了其发展与推广应用。然而,尽管计算全息技术迅速发展,但是仍存在两方面的主... 详细信息

计算全息显示是最具发展潜力的立体显示技术之一,可以产生生动、逼真的三维图像。通过计算机和数学模型,计算全息可以模拟传统全息的记录和再现过程,大大促进了其发展与推广应用。然而,尽管计算全息技术迅速发展,但是仍存在两方面的主要限制:一方面是全息再现图像中由于散斑噪声的影响,图像清晰度低,质量不高;另一方面是能获得高质量再现图像的全息生成过程计算量大,全息生成速度慢。因此,快速生成能够获得高质量重建图像的全息已经成为全息显示研究领域的焦点。此外,计算全息技术中,纯相位全息比振幅全息具有高能量利用率、无共轭衍射光等优点,是全息显示的重点研究方向。因此,本文在Gerchberg-Saxton(GS)算法改进以及使用深度学习生成相位全息这两方面进行了研究。本文主要工作及创新点概括如下:(1)为获得高质量的全息再现图像,提出了一种GS改进算法。首先,分析了相位全息生成经典算法GS算法存在的问题。其次,针对随机相位引起散斑噪声问题,引入二次相位替代GS算法中随机相位。再次,利用补零法,对目标图像进行零填充,并将补零后的图像划分目标区域和非目标区域。最后,在迭代过程中,使用加权振幅限制策略约束物平面内的振幅分布。实验证明,GS改进算法生成的相位全息再现图像中,散斑噪声得到有效抑制,并保留了细节和纹理信息,提升了再现图像质量。此外,讨论分析了GS改进算法中相关参数,给出了建议的参考值。(2)为快速生成相位全息,提出了一种新的神经网络H-unet模型。针对相位全息生成迭代算法无法在相位全息生成速度和再现重建图像质量上达到一个良好平衡的问题,将具有多尺度卷积、分支结构等特点的Inception模块融入构架简单的U-net网络中,构建H-unet模型。该模型以DIV2K数据集为训练集,将衍射重建过程融入训练;通过利用衍射重建图像与目标图像之间的误差来优化H-unet网络。训练完毕的H-unet模型在每秒内可以生成7幅分辨率为2560×1440像素的相位全息图;相位全息再现重建的图像有效地抑制了散斑噪声,在保持图像清晰度的同时,也很好地保留了图像的结构信息。

关键词：相位全息 GS算法深度学习散斑噪声

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一种用于衍射光元件优化设计的快速算法的研究

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光学学报 2007年第2期27卷 219-224页

作者：刘伯晗吴丽莹张健哈尔滨工业大学超精密光电仪器工程研究所哈尔滨150001

讨论了傅里叶迭代算法对初始相位敏感的缺陷机理,提出用伪随机相位编码作为傅里叶迭代算法初始值的改进算法来克服相位敏感缺陷。改进算法具有加快迭代收敛速度、提高恢复图像强度准确性的优点。将该算法产生的任意期望图样的相位全息... 详细信息

讨论了傅里叶迭代算法对初始相位敏感的缺陷机理,提出用伪随机相位编码作为傅里叶迭代算法初始值的改进算法来克服相位敏感缺陷。改进算法具有加快迭代收敛速度、提高恢复图像强度准确性的优点。将该算法产生的任意期望图样的相位全息图写入纯相位液晶空间光调制器上,在远场成功地再现了期望图样。算法迭代10次可产生衍射效率接近85%的一幅相位全息图。作为一种快速相位恢复算法它在相控阵激光雷达以及光束敏捷偏转等领域有重要意义。

关键词：信息光学傅里叶迭代算法相位编码相位全息空间光调制器

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基于超表面的太赫兹波调控研究

基于超表面的太赫兹波调控研究

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作者：李佳奇深圳大学

学位级别：硕士

太赫兹波(THz)是频率介于0.1～10 THz范围内的电磁波,其在光谱中介于微波与红外之间,具有许多特殊性质,在成像、无线通讯等方面受到广泛关注。但目前太赫兹频段的小型化调控器件还是较为缺乏,这极大地影响了对太赫兹波的进一步探索。近... 详细信息

太赫兹波(THz)是频率介于0.1～10 THz范围内的电磁波,其在光谱中介于微波与红外之间,具有许多特殊性质,在成像、无线通讯等方面受到广泛关注。但目前太赫兹频段的小型化调控器件还是较为缺乏,这极大地影响了对太赫兹波的进一步探索。近年来,由一系列亚波长人工结构组成的超表面,由于其对电磁波波前的局部优越调控能力,引起了光学和红外领域的广泛研究。这一优势也可以引入到太赫兹频域范围内去解决空间调制器件不足的问题。此外,它是一种新颖的调控方式,已经引起了物理学和工程界的极大关注,也可以作为一种取代传统大体积光学器件或提供新颖功能的薄光学器件。首先,在实际应用中,不改变现有器件物体几何形状的情况下对其性能进行调制也是一个迫切的需求。这里,一种柔性超表面集成于圆柱透镜曲面一侧,形成一个共形偏振分复用超表面。这种可穿戴共形超表面与透镜结合,能够使垂直偏振的太赫兹波实现轴上聚焦、离轴聚焦、无衍射贝塞尔波束和相位全息等调控功能,而与入射波同偏振的水平方向偏振太赫兹波通过柱透镜聚焦成一条线。此外,这种可穿戴共形超表面可以通过成本低廉的标准柔性印制电路技术轻松地制备成两层甚至多层,这对于传统共形超表面是一个较大的加工挑战。更进一步来说,它很容易实现有、无超表面这两种工作模式的切换,不同的超表面也可以于相同的传统器件进行集成实现各种波前调制。这些优势使得柔性共形超表面在可穿戴功能器件和紧凑型功能器件中具有广阔的应用前景。此外,我们提出了一种基于熔融石英共振的全电介质超表面,该超表面由放置在正交网状结构中心的矩形柱和十字形结构共同组成基本单元,实现电磁波波前调控。作为此方法的证明,基于上述基本共振单元,我们在0.14 THz频率下设计了多个透射型空间调制器件。模拟仿真轴上聚焦和离轴聚焦的效率分别为60%和62%,无衍射贝塞尔波束的效率为45%。进一步地,基于菲涅耳衍射的Gerchberg-Saxton(G-S)算法设计了多焦点透镜。在太赫兹波一维情况下,实现焦距为5 cm时聚焦为双个和三个焦点,总调制效率分别为49%和55%。在快速发展的太赫兹应用中,这种调控任意波前的新方法也可以用于信息存储和其他相位相关的技术领域。最后,我们提出了一种入射电磁波增透方法,用于提高太赫兹波透射率,相比于其他增透方法,该增透方式制作简单,灵活选择光栅参数就可实现。

关键词：超表面太赫兹波贝塞尔波束多焦点透镜相位全息

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