小程序
传感搜
传感圈

中国研究团队提出超分辨轨道角动量全息技术

2023-04-07
关注

全息技术能够完整记录和再现光场的波前信息,在三维显示、数据存储、光学加密等领域发挥了至关重要的作用。例如,全息三维显示技术无需佩戴设备、不易引起视觉疲劳,被认为是虚拟现实(VR)/增强现实(AR)近眼显示、智能车载抬头显示(HUD)等应用的终极解决方案。但是,传统全息图只能记录一幅图像,难以实现动态立体显示。

与之相比,新兴的轨道角动量(OAM)全息技术利用OAM自由度,开辟了宽广的信息存储空间。类似于电影的胶片,数百帧图像可记录在同一张OAM复用全息图中,其中每帧图像只对应特定的OAM阶数,相当于被赋予了一个专属密码;通过不同阶OAM光束依次照射全息图,实现三维影像的动态刷新,理论上可大幅提升全息技术的信息容量和安全性。

然而,OAM全息图的大容量与高分辨率是一对矛盾。由于全息图的各OAM通道之间存在强烈串扰,为了确保每个像素位置的OAM性质不被破坏,必须对原始图像进行稀疏采样(图1a)——严格要求采样间隔(L)不小于最高阶OAM模式的直径(dmax),即γ=dmax/L≤1。γ=1即对应目前OAM全息技术的分辨率上限,如图1b的蓝色曲线所示,随着复用通道数量增多(dmax增大),图像分辨率损失严重(L同比例增大)。该瓶颈问题极大限制了OAM全息技术的容量和分辨率的提升空间。

图1.OAM全息技术中分辨率与复用通道数量的矛盾

图2.OAM全息技术的复用串扰来源及抑制方法示意图

针对以上难题,清华大学精仪系先进激光技术团队建立了OAM全息复用串扰的综合分析模型,提出了几乎无串扰的伪非相干方法,并通过时分复用技术实现了近似的相干方法。新技术放宽了对OAM全息采样条件的限制(γ可增大数倍,如图1b的红色、紫色曲线所示),突破了现有OAM全息技术的分辨率上限,显著提升了重建图像的分辨率(相同复用通道数量下)和复用容量(相同分辨率下)。工作原理如图2所阐释:现有OAM全息技术对应于图2a的普通相干方法,当γ>1时,重建图像中的OAM特性被完全破坏,引起强烈的复用串扰;图2b的非相干方法虽然能够抑制复用串扰,但由于时域/空域色散,重建图像会变模糊;图2c和图2d分别为本工作提出的伪非相干方法、时分复用相干方法,使重建图像始终保持OAM特性,即使在超分辨情况下仍能获得高质量重建。

基于50张二值OAM全息图的时分复用,本工作展示了2倍超分辨条件下(γ=2)5幅灰度图像的OAM复用(图3)、4.7倍超分辨条件下(γ=4.7)201帧视频的OAM复用(图4)、9.2倍超分辨条件下(γ=9.2)81幅二值图像的OAM复用(图5),均表现出优于复振幅OAM全息、相位型OAM全息方法的重建质量。

图3.五个中国地标性建筑256阶灰度图像的OAM复用(2倍超分辨),其中SSIM为结构相似性系数

图4.OAM复用256阶灰度图像全息视频(4.7倍超分辨):(a,b)201个不同OAM光束依次照射全息图,获得201帧高质量全息视频;(c)强度起伏系数(CV)、结构相似性系数(SSIM)等评价因子随OAM复用通道数量的变化

图5.二值图像的OAM复用(最高9.2倍超分辨,81通道)

该技术通过数字微镜阵列(DMD)进行演示,但也适用于可编程超表面、铁电液晶空间光调制器、数字光处理投影仪等各类可重构平台。该工作为实现兼具高分辨率、大容量的全息系统提供了实用化解决方案,对智能显示、全息加密、全息存储等应用的性能提升具有重要意义。进一步结合硬件在环的迭代方法,纠正实验中不均匀照明、光学系统像差和调制器件误差引起的图像质量下降,有望实现更高分辨率、更大容量的OAM全息复用。

研究成果近日以“超分辨轨道角动量全息技术”(Super-resolution orbital angular momentum holography)为题发表在《自然·通讯》(Nature Communications)上。

版权声明:除特殊说明外,本站所有文章均为 字节点击 原创内容,采用 BY-NC-SA 知识共享协议。原文链接:https://byteclicks.com/48128.html 转载时请以链接形式标明本文地址。转载本站内容不得用于任何商业目的。本站转载内容版权归原作者所有,文章内容仅代表作者独立观点,不代表字节点击立场。报道中出现的商标、图像版权及专利和其他版权所有的信息属于其合法持有人,只供传递信息之用,非商务用途。如有侵权,请联系 gavin@byteclicks.com。我们将协调给予处理。

您觉得本篇内容如何
评分

相关产品

Honeywell 霍尼韦尔智能工业 在线/便携烟气分析仪专用传感器 气体传感器

CO 传感器;SO2传感器;NO2 传感器;NO传感器;氧气传感器

微著科技 高性能传感器ASIC解决方案 MEMS传感器

微著科技是国内为数不多能够给传感器厂商提供定制高性能传感器解决方案的团队,目前已为国内众多院所及知名传感器公司提供了十余个传感器解决方案并已经实现量产。微著传感器ASIC方案的特点:成熟的仪表信号模块IP易于快速搭建;系统方案超低噪声;成熟的24ADC可同时实现模拟数字传感器方案设计;高效率及丰富的方案设计经验。

南方泰科 TGM 压力传感器

TGM是一款SOP8封装的压阻式MEMS压力传感器,其压力传感器芯片封装在 SOP8 塑封壳内。在传感器压力量程内,当用固定电压供电时,传感器产生毫伏输出电压,正比于输入压力。压力传感器芯片为绝压,可提供不同的压力量程的SOP8 压力传感器。

鑫精诚传感器 XJC-T001 压力传感器

◆传感器激光焊接密封,环境适应性较强 ◆球形联接件,始终保持模块的垂直称重状态 ◆支撑螺栓,防止设备倾覆且方便维护 ◆接地装置,保护传感器免受电源浪涌冲击 ◆过载保护装置,保护传感器免受冲击力

Huba Control 富巴 525系列 压力传感器

525系列压力传感器采用集公司20多年研发经验的陶瓷压力传感器芯片技术。该系列压力传感器可选压力范围大,电气连接形式多。最小量程为50mbar。大批量使用具有很好的性价比。

佰测传感 MS71 传感器

MS71差压传感器

Cubic 四方光电 PM3009BP 室外粉尘传感器

PM3009BP是一款专门针对餐饮油烟监测的油烟传感器,其采用旁流采样方式,自带除水雾装置,结合智能颗粒物识别算法,确保传感器能够快速准确的检测油烟浓度的变化,同时创新的镜头自清洁技术的应用,能够长效防护传感器油烟污染,大幅度延长传感器的使用寿命。

评论

您需要登录才可以回复|注册

提交评论

广告
提取码
复制提取码
点击跳转至百度网盘