电控折射率光栅实现光学图像信息处理的方法技术

本发明专利技术是采用电控折射率光栅方法实现光学图像的信息处理。其方法是：使两束具有相干性的光束相交后照射二次电光材料，在外加电场作用下，在二次电光材料中建立折射率光栅，在光栅建立后，即可通过外加电场控制折射率光栅。当施加外加电场时，折射率光栅显现，有拉曼－纳斯衍射产生，入射信号光图像被放大、缩小和旋转。然后用另一波长的激光器直接照射此已经记录折射率光栅的二次电光材料。当施加外加电场时，有拉曼－纳斯衍射产生，入射激光束被衍射成各阶衍射图像，相应的各阶衍射图像是被同时放大或缩小的。本发明专利技术具有速度快、体积小、方法简单、应用灵活的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于非线光学领域，特别涉及非线光学中的二次电光效应与光学拉曼-纳 斯衍射(Raman-Nath衍射)图像的处理。
技术介绍
20世纪中期以后，随着科技的进步与高新技术的蓬勃兴起，人类进入了一个“信息 爆炸时代”，为了应对如潮水般涌来的海量信息，在预定的时间段内获得准确的结果，就要 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、 机器人视觉、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。为了满 足这种需求，电子技术快速发展起来，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，由于其后续发展潜力的限制，人们不得不寻找新的信息处理方法 加以替代。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。光学中激光技术和全息摄影技术的出现和发展，一方面为经典光学增添了新的内容， 另一方面它们也大大地促进了光学信息处理技术的发展，使其成为十分活跃的一个研究方 向，在现代光学研究领域中占有很重要的地位。为了满足日益增长的光学信息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，利用非线性光学材料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。但目前利用非线性电光效应材料的拉曼-纳斯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电光材料的拉曼_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。
技术实现思路
本专利技术的目的是利用电场对二次电光材料中折射率光栅的控制特性及折射率光 栅的拉曼_纳斯衍射特性进行光学图像信息处理，最终实现电场控制的光学图像信息处理 方法，是一种全新的光学图像信息处理方法。实现本专利技术的原理是使两束具有相干性的光束相交后照射二次电光材料，其中一 束是携带待处理图像信息的信号光，另一束是不携带任何信息的参考光，它们在二次电光 材料内形成光强分布不均勻的干涉条纹，在外加电场作用下，在二次电光材料中利用光折 变效应建立折射率光栅，在光栅建立后，即可通过外加电场控制折射率光栅。当不施加外 加电场时，折射率光栅不显现，没有衍射产生。当施加外加电场时，折射率光栅显现，有拉 曼_纳斯衍射产生，入射信号光图像被放大、缩小和旋转。然后用另一波长的激光器直接照 射此已经记录折射率光栅的二次电光材料。当不施加外加电场时，折射率光栅不显现，没有 衍射产生。当施加外加电场时，折射率光栅显现，有拉曼_纳斯衍射产生，入射激光束被衍 射成各阶衍射图像，其相对于记录过程的图像来说，相应的各阶衍射图像是被同时放大或缩小的。实现本专利技术的技术方案是本专利技术采用利用电场控制折射率光栅实现光学图像 信息处理的方法。首先，利用合适的二次电光材料，通过两相干光束的照射在其中建立拉 曼_纳斯衍射类型折射率光栅，这种折射率光栅可以通过电场加以控制。基于这种电场对 折射率光栅的开关控制与折射率光栅的拉曼_纳斯衍射特性，通过外加电场控制拉曼_纳 斯衍射的有无，进而控制图像处理的有无，从而可以快速的实现已存储图像信息的放大、缩 小、旋转等操作，并且可以通过改变入射光的波长来控制放大，缩小的比例。此方案在实验 中取得了较好地电控光学图像信息处理结果，这为光学图像信息处理领域提供了一个新的 发展方向。 本专利技术的技术方案是按以下步骤进行步骤一、制备折射率光栅使两束具有相干性的光束相交并输入到二次电光效应材料的光输入端，其中一束 是携带待处理图像信息的信号光，另一束是不携带任何信息的参考光，它们在二次电光效 应材料内形成光强分布不均勻的干涉条纹，这时通过在二次电光效应材料两侧施加外加电 场，并利用光折变效应在二次电光效应材料中记录下折射率光栅。光栅建立并稳定后，二次 电光效应材料就变成了存储有光学图像信息的元件。这里二次电光效应材料的厚度与两束 具有相干性的信号光和参考光在相交时的夹角(Θ)应使折射率光栅的衍射为拉曼-纳斯 衍射。步骤二、电控图像处理过程一对步骤一所制备的光栅元件，可以通过外加电场的开关来控制该光栅元件的折射 率光栅。当加上一定的外加电场时，折射率光栅被显现，这时就有拉曼-纳斯衍射出现，入 射的携带图像信息的信号光的图像就会以拉曼-纳斯衍射的形式被放大、缩小和旋转、；当 外加电场撤去时，这时折射率光栅不显现，信号光与参考光直接透射，不发生任何衍射，信 号光图像不被图像信息处理。步骤三、电控图像处理过程二将步骤一制备的光栅元件放在从其它激光器直接出射的光路中，使其出射的光束 输入到光栅元件的光输入端。当加上一定的外加电场时，折射率光栅被显现，这时利用拉 曼-纳斯衍射在光栅元件的光输出端即可获得各阶衍射图像信息，各阶衍射图像与+1阶衍 射图像的比例与旋转关系与步骤二中相同，但其各阶衍射图像与步骤二中相应阶次的衍射 图像大小不同。其各阶衍射图像与步骤二中相应阶次的衍射图像大小的比值与步骤三和步 骤二中激光器波长的比值成正比；当外加电场撤去时，这时折射率光栅不显现，入射激光束 直接透射，不产生拉曼-纳斯衍射。本专利技术所采用的衍射属于拉曼_纳斯衍射。其特点是有多个衍射阶存在，对波长、 入射角度、偏振的要求很低。在本专利技术中，为了得到好的拉曼-纳斯衍射图像效果，所用二 次电光效应材料的厚度不大于三毫米，小于一毫米时为最佳。相交的两束光的夹角不大于 十度，小于三度时为最佳。这样即可以节省材料，降低成本，又可以降低元件尺寸与操作空 间。用本专利技术所制成的光学元件在用于图像处理时，在记录光栅过程中，需要具有较大二次 电光系数的电光材料，大于10_15米7伏特2为最佳，并且电光材料的光学质量要好，从而能 产生清晰的拉曼-纳斯衍射图像，并且要求其能记录永久或准永久光栅，从而可以用不同于记录光波长的入射光读出光栅所携带的信息，实现图像处理。本专利技术积极的效果是巧妙地利用了电场对折射率光栅的开关控制与小角度下折射率光栅的拉曼-纳斯衍射特性，在二次电光效应材料中利用光折变效应设计了一种新的 光学图像处理元件，这种光学图像处理的方法速度快(可达到纳秒量级)、体积小、结构简 单、操作容易。与其他图像处理方法相比，本专利技术利用电场对折射率光栅的开关控制与拉曼_纳 斯衍射相结合，实现了电场控制的图像处理，不仅在光栅存储阶段可以通过外加电场控制 图像处理的进行与否，而且可以在光栅存储后，通过外加电场控制不同波长的不携带信息 的入射光来再现已存储的信息，通过拉曼_纳斯衍射实现图像处理。本专利技术在图像处理中 对处理条件的要求也宽松，这种宽松体现在以下两点1)对于需要处理的图像没有严格的 要求。在处理过程中，都可通过拉曼-纳斯衍射实现放大、缩小、旋转等操作。2)处理元件 可适用的波长变化范围较大。制备光栅时使用的光波波长可以与需要实现图像处理的光波 波长不一致，因此可以对一定波长范围内的光波实现图像处理，应用上很灵活。附图说明图1为制备电控折射率光栅的光传输流程2为电控图像处理过程二光传输流程3是具体实施方式四中步骤一的实验结果4是具体实施方式四中步骤二的实验结果图(一)图5是具体实施方式四中步骤二的实验结果图(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电控折射率光栅实现光学图像信息处理的方法，其特征在于其处理的方法步骤如下：步骤一、制备折射率光栅使两束具有相干性的光束相交并输入到二次电光效应材料的光输入端，其中一束是携带待处理图像信息的信号光，另一束是不携带任何信息的参考光，它们在二次电光效应材料内形成光强分布不均匀的干涉条纹，这时通过在二次电光效应材料两侧施加外加电场，并利用光折变效应在二次电光效应材料中记录下折射率光栅，光栅建立并稳定后，二次电光效应材料就变成了存储有光学图像信息的元件，这里二次电光效应材料的厚度与两束具有相干性的信号光和参考光在相交时的夹角（θ）应使折射率光栅的衍射为拉曼－纳斯衍射；步骤二、电控图像处理过程一对步骤一所制备的光栅元件，可以通过外加电场的开关来控制该光栅元件的折射率光栅，当加上一定的外加电场时，折射率光栅被显现，这时就有拉曼－纳斯衍射出现，入射的携带图像信息的信号光的图像就会以拉曼－纳斯衍射的形式被旋转、放大；当外加电场撤去时，这时折射率光栅不显现，信号光与参考光直接透射，不发生任何衍射，信号光图像不被图像信息处理；步骤三、电控图像处理过程二将步骤一制备的光栅元件放在从其它激光器直接出射的光路中，使其出射的光束输入到光栅元件的光输入端，当加上一定的外加电场时，折射率光栅被显现，这时利用拉曼－纳斯衍射在光栅元件的光输出端即可获得各阶衍射图像信息，各阶衍射图像与＋１阶衍射图像的比例与旋转关系与步骤二中相同，但其各阶衍射图像与步骤二中相应阶次的衍射图像大小不同，其各阶衍射图像与步骤二中相应阶次的衍射图像大小的比值与步骤三和步骤二中激光器波长的比值成正比；当外加电场撤去时，这时折射率光栅不显现，入射激光束直接透射，不产生拉曼－纳斯衍射。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宫德维，田浩，周忠祥，
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]