基于非线性倍频及偏振特性的全息图像复用方法与系统技术方案

本发明专利技术提供一种全息图像复用方法与系统。所述方法包括S1，基于微纳结构，获取在不同频率上复现不同的全息图像时每幅全息图像的每个像素的位相信息；S2，基于所述位相信息，对所述微纳结构的位相调制单元进行相应的位相编码调制；S3，以不同偏振态的入射光入射编码后的微纳结构，获得不同的全息图像的再现影像。本发明专利技术通过运用微纳结构超表面材料的倍频特性，及不同倍频下极性对应关系形成的位相调制的不同，对微纳结构的位相调制单元进行位相编码调制，而获得多幅全息图像的复现；通过图像筛选消除复现结果的背景噪声的影响。此外，通过两个位相调制单元结合形成一个复振幅调制单元来调制像素元，获得多图像复振幅调制全息图。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及全息
，更具体地，涉及一种基于非线性倍频及偏振特性的全息图像复用方法与系统。
技术介绍
目前，计算全息技术中的一个重要研究方向，是运用微纳结构构成的超表面(metasurface)实现全息图像显示。这种计算全息的实现方式是根据微纳结构的线性特性，由包括纳米天线、亚波长量级开口环及其他的微纳结构对全息图的位相进行编码排序而构成的超表面，从而通过在入射光作用下形成的偶极子阵列实现对入射光的位相调制。利用微纳结构的线性特性进行全息显示，能通过对微纳单元的结构进行编码，形成对位相的调制而实现全息显示。但要通过线性微纳结构实现多图像的全息显示，非目标图像在目标图像进行复现时会形成背景噪声，影响图像复现的信噪比。目前的研究提出了一种采用非线性材料实现多图像全息显示的方法，运用单个微纳全息干板能复现出三张全息图，但其复现图像数量较少，且研究中仅实现了位相的调制，无法实现复振幅的调制。
技术实现思路
本专利技术提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的基于非线性倍频及偏振特性的全息图像复用方法与装置。根据本专利技术的一个方面，提供一种全息图像复用方法，包括：S1，基于微纳结构，获取在不同频率上复现不同的全息图像时每幅全息图像的每个像素的位相信息；S2，基于所述位相信息，对所述微纳结构的位相调制单元进行相应的位相编码调制；S3，以不同偏振态的入射光入射编码后的微纳结构，获得不同的全息图像的再现影像。进一步，所述S1进一步包括：S1.1，确定所述微纳结构的入射光频率；S1.2，分别计算所述微纳结构的出射光在所述入射光频率的基频和倍频时至少一幅全息图像的每个像素的位相信息。具体的，所述S2进一步包括：以所述微纳结构的单个位相调制单元为单位，根据所述位相信息对所述位相调制单元进行位相编码，实现位相调制；或者以所述微纳结构的每两个位相调制单元为单位，根据所述位相信息对所述位相调制单元进行位相编码，实现双位相调制。进一步，所述S3进一步包括：S3.1，基于所述入射光频率，获得圆偏光或线偏光入射光；S3.2，基于所述圆偏光，分别以右旋光和/或左旋光入射所述微纳结构，获得多幅全息图像的再现影像；或者基于线偏光，分别以x方向线偏光和/或y方向线偏光入射所述微纳结构，获得多幅全息图像的再现影像。具体的，所述S1.2进一步包括：当入射光为圆偏光右旋光时，获取所述出射光基频时的左旋分量的几何位相2θ，和/或所述出射光二倍频时的右旋分量的几何位相θ及左旋分量的几何位相3θ；和/或当入射光为圆偏光左旋光时，获取所述出射光基频时的左旋分量的几何位相-2θ，和/或所述出射光二倍频时的右旋分量的几何位相-3θ及左旋分量的几何位相-θ；其中，θ为所述微纳结构的位相调制单元的方位角。具体的，所述S1.2进一步包括：当入射光为x方向线偏光时，获取所述出射光基频时的y方向线偏光的几何位相2θ，和/或所述出射光二倍频时的y方向线偏光的几何位相3θ及x方向线偏光的几何位相θ；和/或当入射光为y方向线偏光时，获取所述出射光基频时的x方向线偏光的几何位相-2θ，和/或所述出射光二倍频时的y方向线偏光的几何位相-θ及x方向线偏光的几何位相-3θ；其中，θ为所述微纳结构的位相调制单元的方位角。具体的，所述S2所述双位相调制包括：当入射光为圆偏光右旋光时，获取所述出射光基频时的左旋分量的几何位相2θ1、2θ2；和/或所述出射光二倍频时的右旋分量的几何位相θ1、θ2及左旋分量的几何位相3θ1、3θ2；其中，θ1和θ2分为所述复振幅调制单元的两个位相调制单元的方位角。具体的，所述S2所述双位相调制包括：当入射光为x方向线偏光时，获取所述出射光基频时的y方向线偏光的几何位相2θ1、2θ2，和/或所述出射光二倍频时的y方向线偏光的几何位相3θ1、3θ2及x方向线偏光的几何位相θ1、θ2；其中，θ1和θ2分为所述复振幅调制单元的两个位相调制单元的方位角。根据本专利技术的另一个方面，还提供一种全息图像复用装置，所述装置包括依次串联的激光光源、起偏器、凸透镜、微纳结构超表面、检偏器和滤波片；所述装置用于实现线偏光入射光时的位相调制全息图像复用或复振幅全息图像复用；或者所述装置包括依次串联的激光光源、起偏器、1/4波片、凸透镜、微纳结构超表面、1/4波片、检偏器和滤波片；所述装置用于实现圆偏光入射光时的位相调制全息图像复用或复振幅全息图像复用。根据本专利技术的一个方面，还提供一种全息图像复用系统，包括：获取位相信息模块，用于基于微纳结构，获取在不同频率上复现不同的全息图像时每幅全息图像的每个像素的位相信息；位相编码调制模块，用于基于所述位相信息，对所述微纳结构的位相调制单元进行相应的位相编码调制；全息复用再现模块，用于以不同偏振态的入射光入射编码后的微纳结构，获得不同的全息图像的再现影像。本申请提出一种基于非线性倍频及偏振特性的全息图像复用方法与系统，通过运用微纳结构超表面材料的倍频特性，及不同倍频下极性对应关系形成的位相调制的不同，对微纳结构的位相调制单元进行位相编码调制，而获得多幅全息图像的复现；通过图像筛选消除复现结果的背景噪声的影响。此外，通过两个位相调制单元结合形成一个复振幅调制单元来调制像素元，进行非线性的复振幅调制，获得多图像复振幅调制全息图。附图说明图1为本专利技术一种全息图像复用方法流程图；图2为本专利技术所述微纳结构实施例示意图；图3为本专利技术一种全息图像复用方法实施例示意图；图4为本专利技术入射光线偏光时的全息图像复用装置示意图；图5为本专利技术入射光圆偏光时的全息图像复用装置示意图；图6为本专利技术一种全息图像复用系统示意图。附图标记说明1、位相调制单元，2、微纳结构，3、入射光，4、出射光，5、不同的全息图，6、激光光源，7、起偏器，8、1/4波片，9、凸透镜，10、1/4波片，11、检偏器，12、滤波片。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。本专利技术基于非线性倍频及偏振特性的全息图像复用方法与系统，考虑当入射光入射到方位角为θ的微纳结构的纳米天线单元上，能使出射光形成大小为2θ的几何位相调制；以此对微纳结构的各位相调制单元进行编码，便能实现位相全息图的复现。同时在计算全息时，利用微纳结构的非线性特性实现对入射光的复用而对多张图像进行全息复现。根据微纳结构的非线性特性，极化强度P与外电场E满足公式：其中，ε0为真空介电常数，χ(n)为n阶极化率张量，特殊的，χ(1)为线性极化率。由此可知，入射光不同偏振下入射至微纳结构后产生极化效应获得不同分量，各级次极化强度满足：其中，n＝1,2,3,…，为入射光信号。由此，各级次产生电场频率为入射电场频率的n倍，出射光发生倍频。其中，利用n＝1的基频分量进行位相调制即为线性调制的基本原理。非线性调制与传统线性调制可通过在复现光路中使用滤波片对进行不同倍频调制后的出射光光波长进行选择而实现。根据非线性调制原理，一个微纳结构即一个位相调制单元在不同倍频条件下有不同的调制结果。以位相调制为例，相同的微纳结构能对不同倍频的出射光产生大小为微纳结构方向角不同倍数的位相调制结果。针对不同倍频下同一个微纳结构的不同位相调制产生的结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全息图像复用方法，其特征在于，包括：S1，基于微纳结构的非线性倍频特性，获取在不同频率上复现不同的全息图像时每幅全息图像的每个像素的位相信息；S2，基于所述位相信息，对所述微纳结构的位相调制单元进行相应的位相编码调制；S3，以不同偏振态的入射光入射编码后的微纳结构，获得不同的全息图像的再现影像。

【技术特征摘要】
1.一种全息图像复用方法，其特征在于，包括：S1，基于微纳结构的非线性倍频特性，获取在不同频率上复现不同的全息图像时每幅全息图像的每个像素的位相信息；S2，基于所述位相信息，对所述微纳结构的位相调制单元进行相应的位相编码调制；S3，以不同偏振态的入射光入射编码后的微纳结构，获得不同的全息图像的再现影像。2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述S1进一步包括：S1.1，确定所述微纳结构的入射光频率；S1.2，分别计算所述微纳结构的出射光在所述入射光频率的基频和倍频时至少一幅全息图像的每个像素的位相信息。3.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述S2进一步包括：以所述微纳结构的单个位相调制单元为单位，根据所述位相信息对所述位相调制单元进行位相编码，实现位相调制；或者以所述微纳结构的每两个位相调制单元为单位，根据所述位相信息对所述位相调制单元进行位相编码，实现双位相调制。4.如权利要求2或3所述方法，其特征在于，所述S3进一步包括：S3.1，基于所述入射光频率，获得圆偏光或线偏光入射光；S3.2，基于所述圆偏光，分别以右旋光和/或左旋光入射所述微纳结构，获得多幅全息图像的再现影像；或者基于线偏光，分别以x方向线偏光和/或y方向线偏光入射所述微纳结构，获得多幅全息图像的再现影像。5.如权利要求4所述方法，其特征在于，所述S1.2进一步包括：当入射光为圆偏光右旋光时，获取所述出射光基频时的左旋分量的几何位相2θ，和/或所述出射光二倍频时的右旋分量的几何位相θ及左旋分量的几何位相3θ；和/或当入射光为圆偏光左旋光时，获取所述出射光基频时的左旋分量的几何位相-2θ，和/或所述出射光二倍频时的右旋分量的几何位相-3θ及左旋分量的几何位相-θ；其中，θ为所述微纳结构的位相调制单元的方位角。6.如权利要求4所述方法，其特征在于，所述S1.2进一步包括：当入射光为x方向线偏光时，获取所述出射光基频时的y方向线偏光的几何位相2...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘娟，彭玮婷，李昕，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11