[发明专利]电控折射率光栅实现光学图像信息处理的方法

说明书

技术领域

本发明属于非线光学领域，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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

实现本发明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匀的干涉条纹，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。

实现本发明的技术方案是：本发明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。

本发明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