【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于矢量涡旋超构透镜的全斯托克斯偏振边缘成像方法，属于微纳光学、成像。
技术介绍
1、相对于传统成像仅对强度敏感，偏振成像能够揭示原本不可见的特征，在遥感、生物医学、导航等领域得到了广泛的应用。在过去的十年中，我们见证了许多关于超表面偏振成像系统的研究。在这些偏振成像系统中，不仅有效地压缩了结构的尺寸，而且将偏振检测过程简化为一次强度测量。此外，偏振成像功能得到了极大的发展，从多个偏振通道到全斯托克斯通道，以及扩展的工作波长(从单个波长到多个波长)。与传统的偏振测定方法相比，基于超构表面的偏振成像技术具有平面化、易于集成和单摄成像的特点。
2、另一方面，光学边缘增强成像是利用空间微分操作实现的，在数据压缩、计算机视觉、物体检测和显微学等领域具有重要应用。传统方法中，光学图像微分使用基于4f系统的傅里叶方法和放置在空间傅里叶平面上的滤波器进行的。超表面的出现也使光学边缘增强成像发生了革命性的变化，通过单个涡旋聚焦透镜就可以完成这一过程，将其变为紧凑的边缘增强成像。
3、基于超构表面的偏振成像和边缘增强成像技术分别取得了一系列的进展。然而，将两种成像技术有效结合的全斯托克斯边缘增强成像技术尚未实现。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于矢量涡旋超构透镜的全斯托克斯偏振边缘成像方法。原则上，这种成像技术能够继承这两种成像技术各自的特性，这可能导致不寻常的成像特性，并将有潜在的应用前景。同时，本专利技术将四个偏振敏感的涡旋聚焦透镜交错排
2、全斯托克斯偏振边缘成像方法的具体过程为：矢量涡旋超构透镜由四个偏振敏感的涡旋超构透镜组成，可以将不同偏振态的入射高斯光束聚焦到同一焦平面不同的四个焦点位置，形成四个聚焦涡旋光斑。它们所对应的偏振态分别为0°线偏振、45°线偏振、左旋圆偏振和右旋圆偏振。对所述的矢量超构透镜，通过测量四个聚焦涡旋的强度，可以重构入射光的全斯托克斯参数。此外，利用所述的矢量涡旋超构透镜可以对目标物体偏振成像，利用四个偏振敏感的超构透镜可以获得全斯托克斯图像，每个涡旋场相当于高通滤波器，同时可以提取物体的边缘图像。将两种功能结合于所述的矢量超构透镜，可以提取偏振的边缘，最终实现全斯托克斯边缘图像。
3、本专利技术基于矢量涡旋超构透镜实现全斯托克斯偏振边缘成像；该方法中的每个偏振敏感的涡旋超构透镜是由不同几何尺寸且横截面为椭圆形的介质柱阵列排布构成。结合介质椭圆柱的传输相位和旋超构透镜的相位分布，选取特定的介质椭圆柱结构实现超构表面的排布，进而得到矢量涡旋超构透镜结构；并利用先进的微纳加工手段及流程进行器件制备，得到矢量涡旋超构透镜实物。
4、本专利技术目的是通过下述技术方案实现的。
5、基于矢量涡旋超构透镜的全斯托克斯偏振边缘成像方法，包括以下步骤：
6、步骤1、根据矢量涡旋超构透镜的功能可以解析获得超构表面结构的相位分布，所述超构表
7、面结构的相位由四个偏振敏感的涡旋超构透镜组合而成，其最终的相位分布如下所示：
8、
9、式中，分别对应四个偏振敏感的涡旋超构透镜(四个涡旋超构透镜的偏
10、振态依次为0°线偏振、45°线偏振、左旋圆偏振和右旋圆偏振)的相位分布；λ表示工作波长；x和y分别表示超构表面单元结构的坐标值，β＝atan(y/x)表示超构表面结构平面的方位角；f表示涡旋超构透镜的焦距；l表示涡旋场的拓扑荷数。
11、对于所述的全斯托克斯偏振边缘成像技术，由于其偏振敏感性，利用具有双折射效应的不同椭圆形横截面的介质椭圆柱阵列组成超构表面结构；所述的椭圆柱单元结构的传输特性可通过模拟计算获得；针对四个特定的偏振态(0°线偏振、45°线偏振、左旋圆偏振和右旋圆偏振)独立设计；
12、步骤2、用于实现全斯托克斯偏振边缘成像技术的矢量涡旋超构透镜是由四个独立的偏振敏感涡旋超构透镜组成，每个涡旋超构透镜由不同几何尺寸且横截面为椭圆的介质椭圆柱阵列排布构成；借助时域有限差分仿真方法结合周期性边界条件进行参数扫描，获得不同偏振光入射条件下椭圆柱结构单元尺寸变化的传输相位和相位差图；
13、步骤3、依据步骤2得到的传输相位图，根据公式(1)获得四个偏振敏感的涡旋超构透镜的相位分布；根据步骤2得到的超构表面相位排布每种介质椭圆柱，将四个偏振敏感的涡旋超构透镜的单元结构交错排布，进而构成最终的矢量涡旋超构透镜结构；生成器件加工版图文件，并利用电子束曝光和后续刻蚀等微纳加工手段进行器件制备，得到矢量涡旋超构透镜结构实物；
14、步骤4、将所述的矢量涡旋超构透镜结构实物置于搭建的测试光路中，通过控制线偏振片以及四分之一波片之间的夹角获得任意的入射偏振高斯光束，首先将产生的偏振高斯光垂直入射到所述的矢量涡旋超构透镜结构，在焦平面上获得四个聚焦涡旋光场，根据测试得到的能量强度，可以获得入射偏振光的斯托克斯参数。随后将产生的偏振高斯光通过目标物体，在距离超构透镜结构实物焦平面位上可得到四个特定的边缘成像图像；通过背景去噪和偏振图像处理，获得目标物体的全斯托克斯边缘图像，最终获得一种单摄式的超构表面全斯托克斯偏振边缘成像技术。
15、本专利技术公开了以下技术效果：
16、本专利技术中提供一种基于矢量涡旋超构透镜的全斯托克斯偏振边缘成像方法，通过将不同偏振态的入射高斯光束聚焦到同一焦平面不同的四个焦点位置，形成四个聚焦涡旋光斑。利用所述的矢量涡旋超构透镜可以对目标物体偏振成像，利用四个偏振敏感的超构透镜可以获得全斯托克斯图像，每个涡旋场相当于高通滤波器，同时可以提取物体的边缘图像。将两种功能结合于所述的矢量超构透镜，可以提取偏振的边缘，最终实现单摄式的全斯托克斯偏振边缘成像，在集成化成像显示领域具有广阔的应用前景。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于矢量涡旋超构透镜的全斯托克斯偏振边缘成像方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于矢量涡旋超构透镜的全斯托克斯偏振边缘成像方法，其特征在于：步骤1中获得的最终的相位分布如下所示：
3.根据权利要求1所述的一种基于矢量涡旋超构透镜的全斯托克斯偏振边缘成像方法，其特征在于：步骤4具体的方法为：
【技术特征摘要】
1.一种基于矢量涡旋超构透镜的全斯托克斯偏振边缘成像方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于矢量涡旋超构透镜的全斯托克斯偏振边缘成像方法，...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。