利用不同波长光波读光折变光栅实现光学信息处理的方法技术

本发明专利技术提供了一种利用不同波长光波读光折变光栅实现光学信息处理的方法，步骤包括：使两束具有相干性的光束相交后照射光折变材料，形成光强分布不均匀的干涉条纹并利用光折变效应制备相位体光栅，然后用另一波长的激光器直接照射此相位体光栅，即可通过拉曼－纳斯衍射实现光学信息处理。上述两记录相位体光栅的光束的夹角需使这时发生的衍射为拉曼－纳斯衍射。本发明专利技术利用光折变材料的光折变效应与永久光栅的拉曼－纳斯衍射实现了光学信息处理，可以根据实际的处理需要选用不同波长的激光器来实现光学信息处理。本发明专利技术方法简单、成本较低、应用灵活。

【技术实现步骤摘要】
(一)
本专利技术涉及光折变效应与光学图像处理领域。(二)
技术介绍
光学信息处理是随着激光器的问世而蓬勃发展起来的一个研究方向，是现代信息处理中 一个重要组成部分，在现代光学研究领域中占有很重要的地位。所谓光学信息处理，是指基 于对光学频谱的分析，利用傅里叶光学理论，通过空域或频域调制，借助空间滤波等技术对 光的强度、相位、波长和偏振态等进行处理的过程，较多用于对二维图像的处理。光学信息处理作为一门新兴学科发展极快。20世纪80年代以后，随着高新技术的蓬勃 兴起，人类进入了一个"信息爆炸时代"，进而要求对超大量信息具有快速处理的能力。例如， 战略防御计划、气体动力学、中长期天气预报、机器入视觉、人工智能等许多方面都对数据 处理提出了超高速和超大容量的要求。要求在预定的时间段内获得准确的结果，而这些都对 信息处理技术提出了极高的要求。为了满足这种需求而发展起来的电子技术随着电子功能器 件的小型化，其信息处理速度日益加快，使其成为目前信息处理领域的主要处理手段。然而， 光以其速度快、抗干扰能力强、可大量并行处理等特点逐渐显示出其独特的优越性。在光学 信息处理基础上发展起来的光处理研究及其相关技术已为该领域注入了新的生命，成为十分 活跃的一个研究方向。为了满足日益增长的光学图像处理技术发展的需要，开展新型非线性光学材料的性质及 其新应用的研究是当前的迫切任务，也是光学及光电功能材料等领域的前沿研究课题。当前， 利用光折变材料的非线性光学特性已经实现了大容量光学信息的存储与识别，并制成了各种 功能的光学器件。但是利用光折变材料的拉曼-纳斯衍射(Raman-Nath衍射)特性进行光学信息处理的研 究还不多，这主要是由于到目前为止大多数光折变材料的拉曼-纳斯衍射光都比较模糊，很难 形成清晰的拉曼-纳斯衍射图像，因此对其进行光学信息处理的理论和实验研究很少。(三)
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种图像处理速度快，结构简单，成本低的利用不同波长光波读 光折变光栅实现光学信息处理的方法。本专利技术的目的是这样实现的步骤一、制备体全息光栅从第一激光器l出射的激光束 经过半透半反镜2分束后，被反射镜3、 4反射后成为两束相干的光束，其中一束经过空间光 滤波器5，第一傅里叶透镜6，空间光调制器7，第二傅里叶透镜8后被加载上待处理的图像信息，成为信号光，另一束是不携带任何信息的参考光，它们相交在光折变体9内形成光强 分布不均匀的干涉条纹，并利用光折变效应在光折变体9中记录下相位体全息光栅，等待光 栅稳定后，由光折变体9得到存储有光学图像信息的元件，所述两束具有相干性的光束在相 交时的夹角应使这时发生的衍射为拉曼-纳斯衍射；步骤二、图像处理过程将步骤一制备的 光栅元件(即光折变体9)放在从不同波长第二激光器10直接出射的光路中，使其出射的光 束直接输入到元件的光输入端，利用拉曼-纳斯衍射在元件的光输出端即可获得多个衍射图 像，衍射图像的大小与激光器的波长成比例。 本专利技术还有这样一些技术特征1、 歩骤一中所述两束具有相干性的光束的光程差小于所述光束的相干长度；2、 步骤一中所述光折变体9选用能够产生光折变效应并有清晰拉曼-纳斯衍射图像的有 机材料或无机材料；3、 步骤二中所述第二激光器10的波长决定于步骤一中所述第一激光器1的波长以及最 终需要实现的图像信息的放大或縮小倍数，图像信息的放大或縮小倍数正比于第二激光器10 的波长与第一激光器1的波长的比值；4、 步骤一中产生两束相交的具有相干性的光束的装置由第一激光器l、半透半反镜2、 第一反射镜3、第二反射镜4、空间光滤波器5、第一傅里叶透镜6、空间光调制器7、第二 傅里叶透镜8组成；步骤一中产生两束相交的具有相干性的光束的方法是从第一激光器l 中输出的光束输入到半透半反镜2的光输入端，半透半反镜2将输入的光束分为透射光和反 射光，所述反射光输入到第一反射镜3的光输入端并利用第一反射镜3使所述反射光改变方 向，所述透射光输入到第二反射镜4的光输入端并利用第二反射镜4使所述透射光改变方向， 通过空间光滤波器5输入到第一傅里叶透镜6的光输入端并经过第一傅里叶透镜6传输，在 第一傅里叶透镜6的光输出端获得平行光束，所述平行光束经过空间光调制器7传输后输入 到第二傅里叶透镜8的光输入端，所述平行光束在经过空间光调制器7传输的过程中被加载 上信息，所述被加载上信息的平行光经过第二傅里叶透镜8传输后，在第二傅里叶透镜8的 光输出端完成傅里叶变换。空间光调制器7位于第一傅里叶透镜6和第二傅里叶透镜8之间， 空间光调制器7到第二傅里叶透镜8的距离是第二傅里叶透镜8的焦距；使从第一反射镜3 输出的改变了方向的反射光和从第二反射镜4输出的改变了方向的透射光相交在一起，即得 到了两束相交的具有相干性的光束，所述反射光与透射光的光程差小于第一激光器1输出的 激光的相干长度；所述第一激光器1能够产生具有光折变效应的任意波长的激光，所述激光 的光强由光折变体9的材料决定，对于不同材料的光折变体9，为了得到清晰的衍射图像， 我们需要不同的记录光强，如掺杂甲基红染料的戊氰基联苯液晶材料制作的光折变体9，所述信号光的光强为50.22 mW'cm—2 (毫瓦每平方厘米)，所述参考光的光强为60.16 mW'cm—2，这时衍射图像最清晰；5、 步骤二中所述需要的光束是直接从第二激光器IO输出的激光；6、 步骤一中，所述第一激光器l采用Ar+激光器，它输出光的波长为488.0纳米，选用 掺杂甲基红染料的戊氰基联苯液晶，其中甲基红染料浓度为1%，光折变体尺寸为 10.50x10.00x0.046 mm3 (立方毫米)，所述信号光的光强为50.22 mW'cm-2 (毫瓦每平方厘米)， 所述参考光的光强为60.16 mW，cm—2，相交的反射光和透射光的夹角e为2.00°(度)，相交的信 号光和参考光的偏振方向在入射平面内，所述光折变体9被相交光束照射十五分钟后光栅达 到稳定，所记录光栅成为永久光栅，这是可以清晰地观察到拉曼-纳斯衍射图像；在步骤二中， 所述第二激光器10采用氦-氖激光器，它输出光的波长为632.8纳米，光波直接照射光折变体 9上；7、 步骤二中，所述第二激光器10采用半导体激光器，它输出光的波长为532.0纳米；8、 步骤二中，所述第二激光器10采用Ar+激光器，它输出光的波长为514.5纳米；9、 步骤一中，所述两束具有相干性的光束在相交时的夹角在3度之内。 本专利技术提出了一种利用不同波长的激光器发射出来的光波来实现光学信息处理的方法，并利用合适的光折变材料实现了光学信息处理。这种方法利用了光折变材料的拉曼-纳斯衍射 特性，用不同波长的光波照射已经记录完相应信息的光折变材料，从而可以快速的实现已存 储图像信息的放大，縮小等操作，并且可以通过改变入射光波的波长来控制放大，縮小的比 例，这种方法的优点是图像处理速度快，结构简单，成本低。在本专利技术中，为了得到质量尽量好的的图像效果，相交的两束光的夹角要尽量小，通常 是3度之内；当夹角过大时，相交的两束相干光在光折变体内产生的折射率光栅发生的是布 拉格衍射(Bmgg衍射)，而这种布拉格衍射只能用原波长的记录光进行读出，而不能用用其 它波长的入射光读本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用不同波长光波读光折变光栅实现光学信息处理的方法，其特征在于它按以下步骤进行：步骤一、制备体全息光栅（９）：使两束具有相干性的光束相交并输入到光折变体（９）的光输入端，于是在光折变体（９）内形成光强分布不均匀的干涉条纹并利用光折变效应在光折变体（９）中记录下体全息光栅，等待光栅稳定后，由光折变体（９）得到存储有待处理信息的光折变体（９），所述两束具有相干性的光束在相交时的夹角应使这时发生的衍射为拉曼－纳斯衍射；步骤二、图像处理过程：将步骤一制备的存储有待处理信息的光折变体（９）放在第二激光器（１０）的光路中，使光束直接输入到光折变体（９）的光输入端，利用拉曼－纳斯衍射在光折变体（９）的光输出端即可获得被放大或缩小的各阶衍射图像信息。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宫德维，周忠祥，姜永远，侯春风，孙秀冬，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]