Yuhang Li 1,2,3Tianyi Gan 1,3Bijie Bai 1,2,3Çağatay Işıl 1,2,3[ ... ]Aydogan Ozcan 1,2,3,*
Author Affiliations
Abstract
1 University of California, Department of Electrical and Computer Engineering, Los Angeles, California, United States
2 University of California, Department of Bioengineering, Los Angeles, California, United States
3 University of California, California NanoSystems Institute, Los Angeles, California, United States
Free-space optical information transfer through diffusive media is critical in many applications, such as biomedical devices and optical communication, but remains challenging due to random, unknown perturbations in the optical path. We demonstrate an optical diffractive decoder with electronic encoding to accurately transfer the optical information of interest, corresponding to, e.g., any arbitrary input object or message, through unknown random phase diffusers along the optical path. This hybrid electronic-optical model, trained using supervised learning, comprises a convolutional neural network-based electronic encoder and successive passive diffractive layers that are jointly optimized. After their joint training using deep learning, our hybrid model can transfer optical information through unknown phase diffusers, demonstrating generalization to new random diffusers never seen before. The resulting electronic-encoder and optical-decoder model was experimentally validated using a 3D-printed diffractive network that axially spans <70λ, where λ = 0.75 mm is the illumination wavelength in the terahertz spectrum, carrying the desired optical information through random unknown diffusers. The presented framework can be physically scaled to operate at different parts of the electromagnetic spectrum, without retraining its components, and would offer low-power and compact solutions for optical information transfer in free space through unknown random diffusive media.
optical information transfer electronic encoding optical decoder diffractive neural network diffusers 
Advanced Photonics
2023, 5(4): 046009
作者单位
摘要
1 运城学院 物理与电子工程系,山西 运城 044000
2 河北工程大学 数理科学与工程学院,河北 邯郸 056038
3 联想(北京)信息技术有限公司,北京 100095
4 南开大学现代光学研究所,天津 300350
5 河北工业大学 先进激光技术研究中心,天津 300401
提出了一种基于轨道角动量全息(Orbital Angular Momentum, OAM)和频移的大容量光学信息加密方法。该方法实现了对多个图像信息的并行加密。首先,对多幅原始图像进行采样,采样阵列的采样间隔取决于具有不同拓扑荷数的螺旋相位的空间频率。然后,多个采样图像信息经过随机相位调制、傅里叶变换和频移相位调制后相干叠加构成轨道角动量保留全息图。最后,将不同拓扑荷的螺旋相位分别编码到轨道角动量保留全息图中,得到轨道角动量选择全息图,进行相干叠加后构成最终的单个加密全息图。解密时,轨道角动量复合选择全息图被加载到空间光调制器上,用包含特定拓扑荷数的涡旋光束照射,并经过傅里叶变换获得多个解密信息。该加密系统具有极高的加密灵活性和极大的加密容量,不仅可以在同一拓扑荷下,设计不同的频移因子来并行加密一组多个图像信息,还可以利用不同拓扑荷对多组图像信息进行加密。该方法将涡旋光束的模式设定为一个新的光学密钥,极大地提高了光学加密系统的安全性。此外,该光学加密方法中,待加密图像信息的尺寸不受空间光调制器的像元数量限制,极大地提高了光学实现信息加密的可行性和有效性。仿真实验结果表明该方法具有较高的安全性、抗噪性和抗剪切能力。
光学信息加密 轨道角动量 全息 频移 optical information encryption OAM holography frequency shift 
红外与激光工程
2023, 52(7): 20230313
秦怡 1,2万玉红 1,*巩琼 2
作者单位
摘要
1 北京工业大学理学部,北京 100124
2 南阳师范学院机电工程学院,河南 南阳 473061
级联双相位密码(CDPE)系统是一种包含两个纯相位板(密文板和密钥板)的重要光学密码系统,为了提升该系统的加密效率,提出一种双图像加密方法。加密时,将密钥板的轴向距离作为控制参数,提出一种新的迭代加密算法,该算法可将两幅明文图像加密至同一个密文板中,将传统的CDPE系统的加密效率提升了1倍。解密时,当密钥板分别处于两个设定的轴向位置时,可以在输出平面得到两幅不同的明文图像。采用数值仿真和实验验证了所提方法的有效性,并研究了密钥板两个位置之间的距离对解密结果的影响。对所提方法安全性的分析表明,所提方法对于暴力破解和选择明文攻击均具有稳健性。此外,所提方法可方便地推广至多图像加密,因此CDPE系统的加密效率可以得到进一步提升。
图像处理 光学信息安全 双图像加密 位置复用 迭代加密算法 
光学学报
2023, 43(9): 0910001
作者单位
摘要
1 北京工业大学理学部,北京 100124
2 南阳师范学院机电工程学院,河南 南阳 473061
光波作为信息载体具有高速并行处理二维信息的能力及天然优势。光波的波长、振幅、相位、偏振等为光波的调制提供不同的维度和多种可能,也使得光学加密技术和光学密码系统展现出巨大的应用价值。随着加密数据传输量的急剧增长,在进行加密的同时实现信息的压缩变得愈加重要,因为这将缩短处理这些数据所需的时间并有效节约存储空间。提出广义的光学图像压缩加密的概念,并将压缩策略分为明文压缩、密文压缩和明文密文同步压缩。在此基础上,介绍适合每种策略的具体压缩方法,并通过阐述这些压缩方法在一些实例中的应用,综述了光学图像压缩加密技术的研究进展,也对未来的研究方向进行了展望。
光学信息安全 压缩加密 图像压缩 光信息处理 
激光与光电子学进展
2023, 60(4): 0400001
作者单位
摘要
华北电力大学数理系, 河北 保定 071003
偏振态信息与轨道角动量信息是光学信息的重要载体, 也是光学信息处理的重要参量, 在石英基底上设计了阿基米德双螺旋结构, 利用有限元法计算了带有不同轨道角动量和偏振态信息的入射光照射到上述超构表面时, 入射光与超表面耦合所产生的透射光呈现不同强度分布的图样, 根据该图样, 可检测入射光的偏振态信息。为检测入射光的轨道角动量, 还提出了一种新的计算方法, 针对不同轨道角动量的入射光与超表面耦合所产生的透射光场, 计算出透射场强度中心偏移量, 利用透射场强度中心的偏移表征入射光的轨道角动量, 最后成功拟合出入射光轨道角动量与强度中心偏移二者的关系, 实现了对入射光轨道角动量的检测。为检测入射光携带的信息提供了思路。
光学信息检测 超表面 阿基米德螺旋 偏振信息 轨道角动量 optical information detection metasurface Archimedean spiral polarization information orbital angular momentum 
光学与光电技术
2022, 20(2): 40
郭家祥 1,2谢润章 1,***王鹏 1,**张涛 1,2[ ... ]胡伟达 1,2,*
作者单位
摘要
1 中国科学院上海技术物理研究所 红外物理国家重点实验室,上海 200083
2 中国科学院大学,北京 100049
红外光电探测器可以获取目标反射和自发的红外辐射,具有抗干扰性强、全天候观测、探测距离远、分辨率高等优点,在**、通信、遥感、航天等领域中扮演着不可替代的角色。从20世纪40年代第一代低像素探测器的应用到90年代末第三代SWaP3概念的提出,红外光电探测器正经历着变革性发展。专注于阵列规模、灵敏度、分辨率等性能指标提高的传统光电探测器利用光强度信息进行成像,无法满足未来目标多样化、环境复杂化、任务多元化等发展需求。多维度光信息的获取为提升红外探测器性能提供了新途径,除强度信息外,通过红外光电探测器可以获取光的波长、动量、偏振和相位等本征信息,也可利用光的传输时间获取光程信息。本文面向多维度红外探测发展需求,聚焦波长、偏振、光程和相位四个方面的特征,从新原理、新材料、新结构等方面综述了近年来多维度红外光电探测器的研究进展,进而提出对多维度红外探测器发展方向的思考和展望。
红外光电探测器 多维度光信息 波长 偏振 光程 相位 infrared photodetector multidimensional optical information wavelength polarization optical path phase 
红外与毫米波学报
2022, 41(1): 002
作者单位
摘要
光电信息控制和安全技术重点实验室, 天津 300308
针对光电信息系统的建模需求, 研究了Agent建模技术, 建立了基于Agent的光电信息系统模型。首先, 分析了基于Agent的光电信息系统的组成和流程; 然后, 提出了以功能建模为基础、以规则数据为驱动的建模方法, 给出了模型通用架构, 并论述了交战规则库的设计方法; 最后, 从模型结构设计和属性行为建模两个方面阐述了基于Agent的光电信息系统建模过程, 采用面向对象的方法建立了属性模型和行为模型, 实现了基于Agent的光电信息系统建模。
光电信息系统 仿真 agent Agent electro-optical information system simulation 
光电技术应用
2021, 36(1): 71
邸江磊 1,2,*唐雎 1,2吴计 1,2王凯强 1,2[ ... ]赵建林 1,2,**
作者单位
摘要
1 光场调控与信息感知工业和信息化部重点实验室, 西北工业大学, 陕西 西安 710129
2 陕西省光信息技术重点实验室, 西北工业大学物理科学与技术学院, 陕西 西安 710129

近年来,深度学习技术的爆发式发展引领了机器学习的又一次浪潮。深度神经网络具备抽象特征的高效识别与提取能力、强大的非线性拟合能力、抗干扰鲁棒性及非凡的泛化能力,被广泛应用于自动驾驶、目标识别、机器翻译、语音识别等领域。最近几年,卷积神经网络(CNN)在光学信息处理中获得广泛应用,本文介绍CNN的基础概念和结构构成,回顾其在数字全息术、条纹分析、相位解包裹、鬼成像、傅里叶叠层成像、超分辨显微成像、散射介质成像、光学层析成像等领域的最新应用进展,评述CNN在光学信息处理中的典型应用特点,最后分析CNN应用于光学信息处理中的不足,并展望其未来发展。

光计算 光学信息处理 深度学习 卷积神经网络 计算光学成像 信息光学 
激光与光电子学进展
2021, 58(16): 1600001
作者单位
摘要
中国科学院大学光电学院, 北京 100049
提出一种基于视觉密码的远距离光学信息认证系统。该系统可将远处的视觉密钥通过望远镜系统与系统内的视觉密钥配对实现非相干叠加以完成认证操作,减少了共享密钥的人为传递过程,也解决了实际应用中密钥携带运输不方便的问题。而且,在整个提取过程中视场受限于系统,仅操作者能在系统内看见认证信息,其他人即便在附近也无法查看,加强了信息显示和复现的安全性。认证的过程仅需要操作者将两块共享密钥仔细对准即可,无需其他的光学和密码学知识,整个过程简单高效。此外,光学实验也证明了该系统可应用于实际且具有很高的安全性。
几何光学设计 远距离光学信息认证 视觉密码学 显示安全 
光学学报
2021, 41(16): 1607001
作者单位
摘要
厦门大学材料学院,固体表面物理化学国家重点实验室,福建省材料基因组重点实验室,福建 厦门 361005

长余辉发光材料因其独特的延迟发光特性,在夜间安全、生物荧光标记、光学信息存储和光学防伪等领域得到了广泛的应用与研究。长余辉发光材料的应用与其陷阱深度密切相关,其中面向光学信息存储应用的长余辉发光材料需要具备较大的陷阱深度以保证较高的室温存储效率。基于深陷阱长余辉发光材料的光学信息存储技术具有重复擦写性好、背景噪声小、存储容量大、可设计性强等优点,特别在多维光学信息存储技术发展方面具有巨大应用潜力,成为当前新型光电功能材料的研究热点之一。简要概述深陷阱长余辉发光材料在光学信息存储应用领域的研究背景,介绍基于深陷阱载流子俘获和再释放的信息存储和读取原理,梳理近年来深陷阱长余辉发光材料研究的重要突破和最新进展,最后对深陷阱长余辉发光材料未来的发展进行展望。

材料 长余辉发光材料 稀土掺杂发光材料 陷阱深度调控 缺陷 光学信息存储 
激光与光电子学进展
2021, 58(15): 1516001

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