《光学学报》2017年第2期Highlight——

基于电磁感应透明的光学信息处理技术

光学信息处理是对图像的光波信息进行处理的一种技术,通常采用傅里叶变换把时域信号分解成多个正弦函数的和或积分,然后在频域利用空间滤波器对图像的频率信号进行处理,再通过傅里叶逆变换得到处理后的信息。
      不同于上述采用滤波器调制空间频谱的方法,南开大学张国权教授课题组提出了采用基于电磁感应透明效应的光学信息量子存储机制,在4f成像系统中直接实现两路输入光学信息之间卷积的方案。
     相关研究成果发表在《光学学报》2017年第2期(李志向,刘建基,范洪鸣,张国权,基于量子存储机制实现光学信息卷积操作的研究,DOI: 10.3788/aos201737.0207003)。
     如图1所示,将掺镨硅酸钇晶体(Pr:YSO)置于4f成像系统的共焦面上,通过电磁感应透明效应将一路输入光学信息ES的空间频谱信息存储于Pr:YSO晶体中,以另一路光学信息ER经透镜L1变换之后的空间频谱作为读出光读取存储于Pr:YSO晶体中的光学信息。根据基于电磁感应透明效应的光学信息存储与读取机制,读取过程中新产生的光场ES’是两路输入光学信息ES和ER的空间频谱的乘积。光场ES’再经4f成像系统中透镜L2的傅里叶变换之后,在像面上的光场分布恰好为两路输入光学信息的卷积。


1 实验装置图

图2是两个双缝结构输入光场在不同相位条件下的卷积。可以看到,通过调节读出双缝结构光场中其中一条狭缝上光场的相位 ,可以实现对像面上卷积光场的相干调控。


2 两路双缝结构光场卷积运算的调控

该方案不仅提供了一种直接实现两路输入光学信息之间卷积运算的方法,同时也提供了一种光学信息变换的全光调控技术方案。理论和实验结果均表明,通过设计读出光场可以实现对输入信号光场在像面上的光场分布的调控。
      该技术在光学信息处理、光学成像以及光学图像处理等方面有重要的应用价值。尤其是,由于基于电磁感应透明效应可以实现对单光子等量子态的存储和读取,该技术有望应用于基于单光子等量子态的量子信息处理、成像和图像处理技术中。

作者课题组合影: