作者合影（左一為張國(guó)權(quán)教授）
光學(xué)信息處理是對(duì)圖像的光波信息進(jìn)行處理的一種技術(shù)，通常采用傅里葉變換把時(shí)域信號(hào)分解成多個(gè)正弦函數(shù)的和或積分，然后在頻域利用空間濾波器對(duì)圖像的頻率信號(hào)進(jìn)行處理，再通過傅里葉逆變換得到處理后的信息。
不同于上述采用濾波器調(diào)制空間頻譜的方法，南開大學(xué)張國(guó)權(quán)教授課題組提出了采用基于電磁感應(yīng)透明效應(yīng)的光學(xué)信息量子存儲(chǔ)機(jī)制，在4f成像系統(tǒng)中直接實(shí)現(xiàn)兩路輸入光學(xué)信息之間卷積的方案。相關(guān)研究成果發(fā)表在《光學(xué)學(xué)報(bào)》2017年第2期（李志向,劉建基,范洪鳴,張國(guó)權(quán)，基于量子存儲(chǔ)機(jī)制實(shí)現(xiàn)光學(xué)信息卷積操作的研究，DOI: 10.3788/aos201737.0207003）。
圖1 實(shí)驗(yàn)裝置圖
如圖1所示，將摻鐠硅酸釔晶體(Pr:YSO)置于4f成像系統(tǒng)的共焦面上，通過電磁感應(yīng)透明效應(yīng)將一路輸入光學(xué)信息ES的空間頻譜信息存儲(chǔ)于Pr:YSO晶體中，以另一路光學(xué)信息ER經(jīng)透鏡L1變換之后的空間頻譜作為讀出光讀取存儲(chǔ)于Pr:YSO晶體中的光學(xué)信息。根據(jù)基于電磁感應(yīng)透明效應(yīng)的光學(xué)信息存儲(chǔ)與讀取機(jī)制，讀取過程中新產(chǎn)生的光場(chǎng)ES’是兩路輸入光學(xué)信息ES和ER的空間頻譜的乘積。光場(chǎng)ES’再經(jīng)4f成像系統(tǒng)中透鏡L2的傅里葉變換之后，在像面上的光場(chǎng)分布恰好為兩路輸入光學(xué)信息的卷積。
圖2 兩路雙縫結(jié)構(gòu)光場(chǎng)卷積運(yùn)算的調(diào)控
圖2是兩個(gè)雙縫結(jié)構(gòu)輸入光場(chǎng)在不同相位條件下的卷積。可以看到，通過調(diào)節(jié)讀出雙縫結(jié)構(gòu)光場(chǎng)中其中一條狹縫上光場(chǎng)的相位 ，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)像面上卷積光場(chǎng)的相干調(diào)控。
該方案不僅提供了一種直接實(shí)現(xiàn)兩路輸入光學(xué)信息之間卷積運(yùn)算的方法，同時(shí)也提供了一種光學(xué)信息變換的全光調(diào)控技術(shù)方案。理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明，通過設(shè)計(jì)讀出光場(chǎng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)光場(chǎng)在像面上的光場(chǎng)分布的調(diào)控。
該課題組的張國(guó)權(quán)教授認(rèn)為，該研究提出的基于電磁感應(yīng)透明效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)單光子等量子態(tài)的存儲(chǔ)和讀取的技術(shù)，有望應(yīng)用于基于單光子等量子態(tài)的量子信息處理、成像和圖像處理技術(shù)中，在光學(xué)信息處理、光學(xué)成像以及光學(xué)圖像處理等方面有重要的應(yīng)用價(jià)值。
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