基于MEMS光交叉的二维负反馈迭代函数系统的全光实现

本项目探索全光实现（二维）图像迭代函数系统及二维负反馈的规律。信息光学系统和光计算具有高速、并行的优点，满足高速图像处理系统对实时性的要求；我们引入二维负反馈，不仅降低了对光学器件的要求，也使系统的性能得到根本性提高，在图像信息处理、光计算、图像加密等方面具有广阔应用前景。全光图像迭代函数系统的实质是一个二维反馈系统，传统方法受光学器件的限制，存在相干噪声大、干涉严重、输出图像质量低、系统稳定性差的缺点。本项目通过在反馈环路中增加光波波前相位控制的方法实现真正的二维负反馈，用低精度光学器件得到高精度输出；用光纤传像束和基于三维MEMS技术的光交叉连接，实现参数可调、便于集成的全光仿射线性变换。研究内容主要包括：.（1）探索全光二维负反馈的基本规律，利用负反馈提高系统性能并降低对光学器件的要求.（2）研究便于集成的全光仿射线性变换新技术.（3）以全光方式实现二维迭代函数系统的高速、并行计算

通过本项目的实施，建立了一套全光二维负反馈迭代函数系统的相关理论模型和实验平台，攻克了其中的两个最关键的技术难题，即全光二维负反馈与全光仿射变换技术；在相干光光学图像放大、基于负反馈原理的波前相位调节、空间光调制器的相位调制特性及基于多量子阱空间光调制器的光强分布特征探测技术等方面取得了较好的研究成果。具体包括：.（1）研究了全光负反馈光学图像处理系统理论，并通过实验实现了其中关键技术的验证。完成了对二维负反馈的理论分析和实验系统构建，为保证二维负反馈迭代函数系统的实现，在反馈光路调节过程中提出了基于反馈光波与输入光波的波矢对齐、波前对齐和图像对齐的分解与独立调节原理，指出了这三种对齐对二维负反馈的关键作用。结合相位型空间光调制器、波前传感器与CCD图像传感器完成了相关的实验验证；.（2）在对比了现有光学图像放大/增强技术的基础上，针对系统对光学图像放大环节时间稳定性好、空间放大均匀性高、放大能力强、无相位噪声引入等要求，论证并得到了基于光折变晶体二波耦合效应实现相干光光学图像放大的最优方案。.（3）研究了相干光光学图像仿射变换技术，利用闪耀光栅阵列实现了全光仿射线性变换，并通过振幅型空间光调制器作为透过率控制模块实现了对光交叉通道间串扰的抑制，为二维迭代函数系统的光交叉实现建立了理论与实验基础。.（4）深入研究了空间光调制器的性能，完成了相位型和振幅型空间光调制器在负反馈系统中应用的理论模型构建及其分析，论证了基于多量子阱空间光调制器技术实现气体吸收导致的光强分布探测的可行性，为下一步基于光谱特征的气体传感器技术的研究奠定了基础。