基于LCOS空間光調(diào)制器的無透鏡光學相關器的理論與技術研究.pdf

1、空間光調(diào)制器是實現(xiàn)實時光學信息處理的關鍵器件，已經(jīng)被廣泛應用于各種光電混合系統(tǒng)中。近年來，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，出現(xiàn)了一種硅基液晶空間光調(diào)制器技術，稱為LCOS空間光調(diào)制器技術，其具有高衍射效率、高精度、純相位調(diào)制、高填充率、高刷新率等諸多優(yōu)點，自誕生伊始就吸引了眾多的關注?；诳臻g光調(diào)制器的光學相關器能夠被應用于自動目標識別技術中，具有高速、并行處理、大帶寬等諸多優(yōu)點。然而傳統(tǒng)的光學相關器往往系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復雜，信噪比低，光路調(diào)整復

2、雜，通道均勻性較差。為了解決傳統(tǒng)光學相關器存在的不足，本文提出了無透鏡光學相關器的概念。
　　 無透鏡光學相關器系統(tǒng)由兩個平行排列的LCOS空間光調(diào)制器組成，通過引入相位型菲涅耳透鏡圖構(gòu)造輸入物和濾波器全息圖，能夠?qū)崿F(xiàn)Vander Lugt相關器的功能。通過在濾波器全息圖上疊加中間區(qū)域相位為0的相位光柵，可以提高系統(tǒng)的信噪比。
　　 其次，本文提出了一種基于一個LCOS空間光調(diào)制器的無透鏡光學相關器。該系統(tǒng)通過一個反射鏡

3、，將光路折疊，通過將輸入物全息圖和濾波器全息圖并排顯示在LCOS空間光調(diào)制器的液晶面上，實現(xiàn)光學相關運算。
　　 接下來，本文提出了多通道無透鏡光學相關器的概念。這種光學相關器同樣基于兩個LCOS空間光調(diào)制器，通過構(gòu)造全息圖實現(xiàn)多通道光學信息處理。本文一共介紹了兩類全息圖的構(gòu)造方法，空域復用和頻域復用方法?？沼驈陀梅椒▽⑤斎朊鎰澐殖瑟毩⒌淖油ǖ?，并在每個子輸入物上分別疊加相位型菲涅耳透鏡實現(xiàn)多通道運算。頻域復用方法在每個子輸入物

4、上疊加上不同衍射角的相位光柵，實現(xiàn)將不同子輸入物的頻譜以不同的角度衍射到濾波器的相應通道中。
　　 無透鏡光學相關器的優(yōu)點在于，用菲涅耳透鏡圖取代了傳統(tǒng)的透鏡后，由原來的4f系統(tǒng)簡化成f系統(tǒng)，更為緊湊。此外，另一個優(yōu)點在于不需要對實驗硬件調(diào)整，僅通過軟件對菲涅耳透鏡的調(diào)整來實現(xiàn)光路調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)精度高?；趩蝹€LCOS空間光調(diào)制器的優(yōu)點在于系統(tǒng)的尺寸更為緊湊（f/2系統(tǒng)）。此外由于僅采用一個LCOS空間光調(diào)制器，成本更低。多通道無透

5、鏡光學相關器能夠同時實驗對多個子輸入物進行平行處理，并能夠通過調(diào)整菲涅耳透鏡陣列，分別實現(xiàn)對子通道的光路調(diào)整，從而達到很高的通道均勻性。
　　 文中通過文字識別和指紋識別實驗，分別驗證了無透鏡光學相關器系統(tǒng)在低頻相位和高頻相位信息處理方面的能力，以及系統(tǒng)的光路調(diào)整精度為±10μm。此外，本文還構(gòu)造了提高了系統(tǒng)信噪比的實驗。實驗結(jié)果表明，通過此方法，系統(tǒng)的信噪比從0.77提升到了0.84。接下來，文中給出了通過文字識別實驗驗證多通

6、道無透鏡光學相關器系統(tǒng)的結(jié)果，并通過實驗對四通道、十六通道和六十四通道空域復用無透鏡光學相關器的均勻性進行了驗證。實驗結(jié)果表明，四通道無透鏡光學相關器，通道之間的差異小于6％;十六通道無透鏡光學相關器相關峰的均值為148.63，均方根值為23.07;六十四通道無透鏡光學相關器相關峰的均值為191.56，均方根值31.38。
　　 最后，本文將LCOS空間光調(diào)制器應用于光鑷方面，提出了一種人機交互式全息光學操縱系統(tǒng)，并完成了實驗驗