基于旋转多级相位调制的轨道角动量模式复用全息方法技术

技术编号：40204575 阅读：11 留言：0更新日期：2024-02-02 22:16

本发明专利技术公开了基于旋转多级相位调制的轨道角动量模式复用全息方法，所述方法包括：构建旋转多级相位调制物理模型；选择多个目标像，并将多个目标像与不同输入复用轨道角动量模式和相位屏旋转状态进行匹配，以构成映射关系；利用梯度下降算法迭代优化旋转多级相位调制物理模型，求解得到相位调制平面的最优相位分布；将最优相位分布的相位调制平面按预设距离进行堆叠，通过旋转相位调制平面给予入射的复用轨道角动量模式不同的调制，将入射的复用轨道角动量模式转换成对应的再现像。本发明专利技术结合轨道角动量模式自由度和多级相位调制的旋转自由度来实现大容量全息成像，能够实现更大容量、更多通道数、更高信息密度的全息成像，同时提高信息存储密度。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学全息，尤其涉及一种基于旋转多级相位调制的轨道角动量模式复用全息方法、系统、终端及计算机可读存储介质。

技术介绍

1、光学全息技术由于能够重建光场的振幅和相位信息，在成像显示、数据加密、信息储存、虚拟现实等领域都有着广泛的应用。

2、为了提高全息容量和信息密度，许多物理维度，包括振幅、偏振、角度、波长等已经被相互结合起来，并且通过空间光调制器、硅基相位板和超构表面等来调控光场单个或多个维度，从而实现高容量的多通道复用全息。然而，随着对现有光场调制技术的深入研究，近年来对于光场调制自由度的开发已经接近瓶颈，这严重限制了全息容量的进一步提升。

3、轨道角动量模式由于具有独特的空间振幅和相位分布特征和无穷正交特性而为大容量复用全息提供了新的调制自由度。并且其能够跟其他自由度相结合进一步提升全息容量。然而，由于轨道角动量模式的发散度随着模式阶数的增加而快速增加，实际可用的轨道角动量模式数目有限，限制了全息容量的提升。此外，现有的轨道角动量模式复用技术往往需要较大的模式阶数间隔来保证对目标像的不重叠采样，这进一步限制了全息容量的提升。

4、因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

1、本专利技术的主要目的在于提供一种基于旋转多级相位调制的轨道角动量模式复用全息方法、系统、终端及计算机可读存储介质，旨在解决现有技术中现有的轨道角动量模式复用技术往往需要较大的模式阶数间隔来保证对目标像的不重叠采样，这进一步限制了全息容量的提升的问题。</p>

2、为实现上述目的，本专利技术提供一种基于旋转多级相位调制的轨道角动量模式复用全息方法，所述基于旋转多级相位调制的轨道角动量模式复用全息方法包括如下步骤：

3、构建旋转多级相位调制物理模型；

4、选择多个目标像，并将多个所述目标像与不同输入复用轨道角动量模式和相位屏旋转状态进行匹配，以构成映射关系；

5、利用梯度下降算法迭代优化所述旋转多级相位调制物理模型，求解得到相位调制平面的最优相位分布；

6、将所述最优相位分布的相位调制平面按预设距离进行堆叠，通过旋转相位调制平面给予入射的复用轨道角动量模式不同的调制，将入射的复用轨道角动量模式转换成对应的再现像。

7、可选地，所述的基于旋转多级相位调制的轨道角动量模式复用全息方法，其中，所述构建旋转多级相位调制物理模型，具体包括：

8、将l个共轴的相位调制平面以预设距离在空间中共轴顺序排列；

9、固定第一个相位调制平面，并将第一个相位调制平面作为参考平面，确定其余相位调制平面绕轴的相对旋转角度；

10、设定每个相位调制平面的可旋转角度，获得具有m个旋转状态的旋转多级相位调制物理模型。

11、可选地，所述的基于旋转多级相位调制的轨道角动量模式复用全息方法，其中，所述旋转多级相位调制物理模型由多个共轴的相位调制平面组成；

12、其中，第一个相位调制平面固定，其余相位调制平面相对于第一个相位调制平面绕轴旋转不同角度以获得不同旋转状态；每个相位调制平面的相位分布均为可优化参数。

13、可选地，所述的基于旋转多级相位调制的轨道角动量模式复用全息方法，其中，所述旋转多级相位调制物理模型表示为：

14、u＝p(∏(rθψ)p)e；(1)

15、其中，e和u分别表示输入光场和输出光场；p表示光场传播算子；ψ表示相位调制平面的相位分布；rθ表示对旋转操作算子；所有rθ的集合表示可能的旋转状态。

16、可选地，所述的基于旋转多级相位调制的轨道角动量模式复用全息方法，其中，所述选择多个目标像，并将多个所述目标像与不同输入轨道角动量模式和相位屏旋转状态进行匹配，以构成映射关系，具体包括：

17、选择n个复用轨道角动量模式，并选择n×m个目标像；

18、将每个目标像分别与一个复用轨道角动量模式以及一种旋转状态相匹配；

19、确定目标像分别与复用轨道角动量模式和旋转状态的映射关系为一对一关系。

20、可选地，所述的基于旋转多级相位调制的轨道角动量模式复用全息方法，其中，所述利用梯度下降算法迭代优化所述旋转多级相位调制物理模型，求解得到相位调制平面的最优相位分布，具体包括：

21、计算所述旋转多级相位调制物理模型在n个复用轨道角动量模式入射时，m个旋转状态下的再现像，得到n×m个再现像；

22、计算所有再现像与对应的目标像的均方误差，并对所有均方误差求和得到总误差；

23、计算所述总误差对l个相位调制平面的相位分布的梯度，所述梯度为所述总误差对所有相位调制平面的相位分布的导数；

24、根据所述梯度，利用梯度下降优化算法对l个相位调制平面的相位分布进行更新；

25、多次迭代更新相位调制平面的相位分布，当所述总误差不再下降后，获得相位调制平面的最优相位分布。

26、可选地，所述的基于旋转多级相位调制的轨道角动量模式复用全息方法，其中，所述将所述最优相位分布的相位调制平面按预设距离进行堆叠，通过旋转相位调制平面给予入射的复用轨道角动量模式不同的调制，将入射的复用轨道角动量模式转换成对应的再现像，具体包括：

27、将获得的所述最优相位分布的相位调制平面按所述预设距离共轴顺序排列；

28、固定所述最优相位分布的相位调制平面的旋转状态，切换入射的复用轨道角动量模式，以实现再现像的切换；

29、固定入射的复用轨道角动量模式，切换相位调制平面的旋转状态，以实现再现像的切换；

30、同时切换相位调制平面的旋转状态和入射的复用轨道角动量模式，以实现再现像的切换。

31、此外，为实现上述目的，本专利技术还提供一种基于旋转多级相位调制的轨道角动量模式复用全息系统，其中，所述基于旋转多级相位调制的轨道角动量模式复用全息系统包括：

32、模型构建模块，用于构建旋转多级相位调制物理模型；

33、映射生成模块，用于选择多个目标像，并将多个所述目标像与不同输入复用轨道角动量模式和相位屏旋转状态进行匹配，以构成映射关系；

34、迭代优化模块，用于利用梯度下降算法迭代优化所述旋转多级相位调制物理模型，求解得到相位调制平面的最优相位分布；

35、调制切换模块，用于将所述最优相位分布的相位调制平面按预设距离进行堆叠，通过旋转相位调制平面给予入射的复用轨道角动量模式不同的调制，将入射的复用轨道角动量模式转换成对应的再现像。

36、此外，为实现上述目的，本专利技术还提供一种终端，其中，所述终端包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的基于旋转多级相位调制的轨道角动量模式复用全息程序，所述基于旋转多级相位调制的轨道角动量模式复用全息程序被所述处理器执行时实现如上所述的基于旋转多级相位调制的轨道角动量模式复用全息方法的步骤。

37、此外，为实现本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种基于旋转多级相位调制的轨道角动量模式复用全息方法，其特征在于，所述基于旋转多级相位调制的轨道角动量模式复用全息方法包括：

2.根据权利要求1所述的基于旋转多级相位调制的轨道角动量模式复用全息方法，其特征在于，所述构建旋转多级相位调制物理模型，具体包括：

3.根据权利要求1或2所述的基于旋转多级相位调制的轨道角动量模式复用全息方法，其特征在于，所述旋转多级相位调制物理模型由多个共轴的相位调制平面组成；

4.根据权利要求1所述的基于旋转多级相位调制的轨道角动量模式复用全息方法，其特征在于，所述旋转多级相位调制物理模型表示为：

5.根据权利要求2所述的基于旋转多级相位调制的轨道角动量模式复用全息方法，其特征在于，所述选择多个目标像，并将多个所述目标像与不同输入轨道角动量模式和相位屏旋转状态进行匹配，以构成映射关系，具体包括：

6.根据权利要求5所述的基于旋转多级相位调制的轨道角动量模式复用全息方法，其特征在于，所述利用梯度下降算法迭代优化所述旋转多级相位调制物理模型，求解得到相位调制平面的最优相位分布，具体包括：>

7.根据权利要求1所述的基于旋转多级相位调制的轨道角动量模式复用全息方法，其特征在于，所述将所述最优相位分布的相位调制平面按预设距离进行堆叠，通过旋转相位调制平面给予入射的复用轨道角动量模式不同的调制，将入射的复用轨道角动量模式转换成对应的再现像，具体包括：

8.一种基于旋转多级相位调制的轨道角动量模式复用全息系统，其特征在于，所述基于旋转多级相位调制的轨道角动量模式复用全息系统包括：

9.一种终端，其特征在于，所述终端包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的基于旋转多级相位调制的轨道角动量模式复用全息程序，所述基于旋转多级相位调制的轨道角动量模式复用全息程序被所述处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的基于旋转多级相位调制的轨道角动量模式复用全息方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有基于旋转多级相位调制的轨道角动量模式复用全息程序，所述基于旋转多级相位调制的轨道角动量模式复用全息程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的基于旋转多级相位调制的轨道角动量模式复用全息方法的步骤。

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【技术特征摘要】

1.一种基于旋转多级相位调制的轨道角动量模式复用全息方法，其特征在于，所述基于旋转多级相位调制的轨道角动量模式复用全息方法包括：

2.根据权利要求1所述的基于旋转多级相位调制的轨道角动量模式复用全息方法，其特征在于，所述构建旋转多级相位调制物理模型，具体包括：

4.根据权利要求1所述的基于旋转多级相位调制的轨道角动量模式复用全息方法，其特征在于，所述旋转多级相位调制物理模型表示为：

6.根据权利要求5所述的基于旋转多级相位调制的轨道角动量模式复用全息方法，其特征在于，所述利用梯度下降算法迭代优化所述旋转多级相位调制物理模型，求解得到相位调制平面的最优相位分布，具体包括：

7....

【专利技术属性】
技术研发人员：梁泽铭，陈嘉富，黄泽斌，熊文杰，刘俊敏，李瑛，范滇元，陈书青，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：

全部详细技术资料下载我是这个专利的主人