【摘 要】
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近年来,光场调控由于其在经典及量子相干调控等领域发挥的重要作用,已成为当前光学研究的热门领域。其中,诸如光子轨道角动量(OAM)的光场空间结构调控更是极大地促进了光通信,光学成像及高维量子信息处理等领域的发展。我们注意到,目前这一领域的研究主要集中在线性光学的范畴,而关于光场调控与非线性光学过程结合的研究,尤其是在光学图像处理及量子成像方面,仍比较缺乏。基于此,本文结合非线性光学与傅里叶光学,将光
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近年来,光场调控由于其在经典及量子相干调控等领域发挥的重要作用,已成为当前光学研究的热门领域。其中,诸如光子轨道角动量(OAM)的光场空间结构调控更是极大地促进了光通信,光学成像及高维量子信息处理等领域的发展。我们注意到,目前这一领域的研究主要集中在线性光学的范畴,而关于光场调控与非线性光学过程结合的研究,尤其是在光学图像处理及量子成像方面,仍比较缺乏。基于此,本文结合非线性光学与傅里叶光学,将光场调控拓展到非线性光学领域,从而实现了光学图像实时运算以及非定域特征识别等新颖成像技术。具体内容如下:1.基于非线性频率上转换过程:(1).实现了光学自卷积与互卷积运算。基于互卷积,我们实现了一种涡旋复制的功能,即将涡旋光场复制到预先设定的阵列结构中;基于自卷积效应,我们实现了一种涡旋再生的功能,即基于基频涡旋阵列产生更多更高阶的涡旋。这种新颖的涡旋光场调控手段在光通信,量子信息,光学成像等领域具有重要的意义。(2).首次将螺旋相衬技术拓展到非线性光学倍频过程。通过巧妙地在傅里叶空间对入射物体的频谱与轨道角动量的螺旋相位进行有效和频,从而等效构建了一个非线性螺旋相位滤波器,不仅实现了不可见光照射下相位物体的上转换成像,更重要地是实现了相位物体边缘增强的可视化效果。这一发现在红外探测,无损生物成像,痕量气体检测等领域将具有重要的应用前景。2.基于非线性频率下转换过程:(1).首次实现了量子版本的人脸识别技术。通过采用结构光场泵浦非线性晶体,有效调控下转换双光子对的波函数,物理上等效构建了一个量子版本的Vander Lugt滤波器,从而在量子关联成像的过程中实现了相关识别的功能。该方案由于其单光子工作机制以及待测目标信息同时编码于泵浦光与下转换中,因而在隐蔽探测,生物成像,量子识别等领域有潜在的应用前景。(2).基于超纠缠,首次实现了多通道关联成像技术。通过泵浦两块正交级联的一类匹配非线性晶体,实验上实现了波长,偏振,及空间模式三个自由度的超纠缠源,通过波长和偏振超纠缠构建了四个并行的成像通道。基于此,实验上实现了位置关联和动量关联的同时观测,验证了 EPR(Einstein-Podolsky-Rosen)关联。该方案为未来量子网络中的高容量量子图像处理及信息传输提供了一种可能。
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