基于光场调控的光学图像相关处理:原理与技术进展

光学图像识别以信息处理容量大、运算速度快(基本上接近光速)和高度并行处理能力等特点得到研究人员的广泛关注,在成像、生物医疗、国防军事等领域均具有广阔的应用前景.近年来,随着空间光场调控技术的发展,人们对结构光场的认识愈加深入,使得光学图像识别这一领域焕发出新的生命力.本文从范德·拉格特相关器(Vander Lugt Correlator, VLC)和联合变换相关器(Joint Transform Correlator, JTC)这两大主要光学图像识别相关器的基本原理出发,介绍了光场调控在光学图像相关识别及处理应用中的物理原理与技术进展.从线性光学、非线性光学以及量子光学这三个角度分别介绍不同领域如何通过光场调控实现全光型的光学图像相关处理.     

非线性光学效应在光纤通信中的应用研究

为了研究非线性光学效应在光纤通信中的应用,首先阐述了非线性光学的定义,探讨了非线性光学在光纤通信方面的应用发展．指出其研究展望．着重数值模拟了非线性光学效应在光纤通信中用作光纤拉曼放大器时的物理过程．结果表明：基于Chraplyvy模型能够较好地模拟出受激拉曼散射作为光纤拉曼放大器原理的过程．并且其程序运行效率高于采用洛仑兹模型．结论与文献相比有新的进展,为非线性光学的进一步理论、实验和应用研究提供了参考．     

非线性光学研究新进展

非线性光学的研究包括从物质与激发的相互作用的基本原理到用于光通信、医疗及生物技术的设备、元件和系统的研究。近些年来,围绕非线性光学的基础理论与应用研究主要集中源技术、光通信技术及材料的非线性调控等几个方面。在激光光源方面,强场和阿秒非线性光学得到了广泛的研究,白光激光光源也得到了人们的关注;在光通信领域,通过微纳结构光波导的设计来调控其色散特性,达到信号无损传输或光路集成的应用目的;而光学非线性研究离不开材料,因此,微腔和表面等离子体调控光学非线性成为人们研究的热点。     

光学,明天更辉煌——写在北京理工大学光电工程系建系50周年

叙述了20世纪光学的发展历程．光学对人类社会的伟大贡献在于：20世纪初期相对论和量子力学二个最重大的发现都与光和光学相关；光学的研究和进展，特别是激光、光纤通信和光存储技术的发明，促进了信息社会的形成。20世纪，传统光学迈向现代光学，光子学和光子技术破门而出．可以预期，21世纪光子技术将成为信息化社会的另一主要支柱。科技实践表明：光学的发展历程是人类创造性思维历程的一部分．对光和光子的认识和利用每前进一步，人类社会就前进一大步。昨天的光学成就非凡，今天的光学欣欣向荣，明天的光学将更加辉煌。     

MATLAB在信息光学教学中的应用

计算机模拟技术已经广泛应用在教学和科研中,在信息光学教学过程中引入MALAB语言,通过给出模拟信息光学中的光学空间滤波实验的实例,生动和深刻的揭示了光学现象的物理内涵,有助于学生理解信息光学中的重要概念和光学信息处理的基本原理。     

Langmuir-Blodgett膜非线性光学研究进展

LB膜技术在近几十年取得了很大的进展。LB膜作为非线性光学基础理论研究及其应用研究同样取得了可喜的成绩。本文简要讨论了LB膜在非线性光学方面的研究进展情况。     

2020年光学热点回眸

 回顾了光学领域在2020年的重大进展，盘点了微纳光学、强激光与超快光学、超分辨与成像技术、量子计算与光学通信、光束传输、生物光子学、量子光学、紫外光源、光束整形与探测、等离子体光学、人工智能、光伏光电、涡旋光和孤子光学等14个光学技术研究领域的重大进展，探讨了其在未来可能会对人类生存及生活方式产生巨大影响。     

奇点光学概论

奇点光学被认为是现代光学的一个新的分支学科,其研究对象已从完全相干光波场(相干奇点光学)推广到部分相干光波场(相关奇点光学),从单色光波场推广到多色光波场,从标量光波场推广到矢量光波场,从理论研究和计算模拟扩展到实验和应用.结合我们的工作,对奇点光学中一些基本概念和进展做了综合评述.奇点光学中取得的成果不仅有重要基础科学研究意义,而且有助于新奇点物理学的发展.     

Non-classical light generated by quantum-noise-driven cavity optomechanics

Optomechanical systems, in which light drives and is affected by the motion of a massive object, will comprise a new framework for nonlinear quantum optics, with applications ranging from the storage and transduction of quantum information to enhanced detection sensitivity in gravitational wave detectors. However, quantum optical effects in optomechanical systems have remained obscure, because their detection requires the object’s motion to be dominated by vacuum fluctuations in the optical radiation pressure; so far, direct observations have been stymied by technical and thermal noise. Here we report an implementation of cavity optomechanics using ultracold atoms in which the collective atomic motion is dominantly driven by quantum fluctuations in radiation pressure. The back-action of this motion onto the cavity light field produces ponderomotive squeezing. We detect this quantum phenomenon by measuring sub-shot-noise optical squeezing. Furthermore, the system acts as a low-power, high-gain, nonlinear parametric amplifier for optical fluctuations, demonstrating a gain of 20?dB with a pump corresponding to an average of only seven intracavity photons. These findings may pave the way for low-power quantum optical devices, surpassing quantum limits on position and force sensing, and the control and measurement of motion in quantum gases.     

Nonlinear and quantum atom optics

Coherent matter waves in the form of Bose-Einstein condensates have led to the development of nonlinear and quantum atom optics - the de Broglie wave analogues of nonlinear and quantum optics with light. In nonlinear atom optics, four-wave mixing of matter waves and mixing of combinations of light and matter waves have been observed; such progress culminated in the demonstration of phase-coherent matter-wave amplification. Solitons represent another active area in nonlinear atom optics: these non-dispersing propagating modes of the equation that governs Bose-Einstein condensates have been created experimentally, and observed subsequently to break up into vortices. Quantum atom optics is concerned with the statistical properties and correlations of matter-wave fields. A first step in this area is the measurement of reduced number fluctuations in a Bose-Einstein condensate partitioned into a series of optical potential wells.     

2020年光学超材料热点回眸

 光学超材料一直是超材料学科中的重要组成部分之一，是超材料在信息科学领域中应用的重要体现。2020年，光学超材料领域的研究涌现出了一大批非常优秀的科技成果。围绕非线性光学超材料、人工智能超材料与光学超表面等方面回顾了光学超材料在2020年的研究热点。     

基于全息光学的虚拟现实与增强现实技术进展

 介绍了VR/AR产业发展的现状及未来趋势,从显示技术的角度阐述了目前主流VR/AR产品使用的技术方案,并比较了双目视觉、光场显示和全息显示3种VR/AR方案的优缺点。针对当前VR/AR主流方案存在的问题,提出了全息光学技术在VR/AR产品中的优势和在产业中的作用,特别是,归纳了全息光学技术在近眼显示领域的进展及其对VR/AR产业发展的意义。分析了全息光学和VR/AR产业在结合过程中所面临的挑战,并对基于全息光学的VR/AR产业发展进行了展望。     

非线性非局域光格子中的高阶光学模式及其稳定性

讨论了非线性非局域光格子中奇、偶及其各类高阶光孤子的能流随传输常数的变化,特别讨论存在于非线性非局域光格子中的第三、第四扭转孤子的高阶光学模式,并从中分析了孤子振幅随格子调制深度p和线性非局域响应参数d的变化趋势.同时利用线性稳定性方法讨论它们的稳定性,结果表明,它们的不稳定范围有所扩大.由于光格子对全光控制技术有着潜在的应用价值,所以这些结果可以为未来全光控制技术提供最新的理论依据.     

自动跟踪型汽车前照灯检测仪研究与实现

自动跟踪型汽车前照灯检测仪是集光、机、电技术于一体的专用仪器设备.可自动跟踪光轴,利用图像传感器对灯光图像进行采集,并利用数字图像处理技术对灯光图像进行处理,从而得到多个测量参数,是建立在多学科基础上的综合技术.试图从工程应用的角度出发,利用先进的嵌入式系统,研究如何快速准确地自动跟踪光轴、对灯光图像进行采集、对汽车前照灯的远近光进行自动检测,以及提高精度和抗干扰技术.     

基于集成成像的增强现实三维显示技术

 分析了现有增强现实器件的不足，介绍了集成成像三维显示技术的原理和特点，盘点了以集成成像三维显示为核心的光学透视式增强现实器件和系统，介绍了这些器件和系统的原理，并分析了离轴光学技术、自由曲面技术、全息光学元件技术、双4f系统各技术的特点。     

Nonlinear optical properties of graphene-based materials

Graphene,a two-dimensional carbon atom sheet,has attracted tremendous attention and research interest because of its exceptional physical properties.Graphene has high mobility and optical transparency,in addition to flexibility,robustness and environmental stability.The main focus so far has been on fundamental physics and electronic devices.However,because the linear dispersion of the Dirac electrons enables ultrawideband tunability,we believe its true potential lies in photonics and optoelectronics.In this review,we introduce recent advances in the nonlinear optical properties of graphene-based materials.The rise of graphene in nonlinear optics is shown by several recent results,ranging from saturable absorbers and the four-wave mixing effect to giant two-photon absorption,reverse saturable absorption and optical limiting.The relevant forms of the graphene-based materials include pure graphene,graphene oxide and graphene hybrids.     

光波干涉采样示波器

光频梳技术是本世纪初随着飞秒激光技术、非线性光学的飞速发展应运而起的一项重要的精密频率测量技术.它跨越了射频和光频电磁波谱之间长期存在的技术鸿沟,通过频率和相位的相干关系将二者巧妙的衔接,在时间频率标准、精密光谱计量以及基础物理学常数的高精度测量等领域具有举足轻重的应用价值.正因为The-odor W.H?nsch(本文第一作者)和John L.Hall以光频梳技术为代表的激光精密测量技术领域的杰出贡献,二人同Roy J.Glauber(光相干量子理论的贡献)共同分享了2005年诺贝尔物理学奖.从光频梳的基本原理出发,解释了光频梳技术基本概念,稳定工作的光频梳以及作为高精密的频率测量技术,光频梳主要的应用领域等.同时回顾了作者研发光频梳技术的初衷,即用于研究氢原子的精密光谱,验证量子电动力学理论,提高里德堡常数和质子电荷半径等物理学基本常数体系的测量精度.介绍了通过双光频梳实现高精密的光谱直接测量技术,包括该技术的原理以及在气体分子精密光谱测量方面的应用,举例说明了基于双光频梳的光谱直接测量技术在频率分辨率和灵敏度方面相对于传统光频梳表现出来的显著优势.实验验证了单光子水平的光频梳光谱测量可行性,指出其在极紫外或甚至在软x射线这些产生少量光子的应用领域的应用前景.最后介绍了微小区域实现厘米级尺寸的光学腔的脉冲激光的激发、片上稳定的双光频梳实现等微型光频梳和片上光谱系统集成等关键技术和解决方案,并分析了片上光频梳光谱测量系统的发展和应用前景.     

胶体与界面化学研究的新工具——二阶非线性光学技术

介绍了二阶非线性光学技术基本理论，从分子水平上阐述二阶非线性光学技术用于研究胶体与界面化学的基本原理，并简要地概括了二阶非线性光学技术应用于研究胶体界面化学的几个重要领域的进展。     

Absorptive nonlinearity in Er-doped optical fiber

Optical absorptive nonlinearity in Er-doped optical fiber has been discussed and measured at the window wavelength 1.55 μm for optical communications firstly. It is proposed that the mechanism of this absorptive nonlinearity is the induced absorption. The first order nonlinear absorptive coefficient and the imaginary part and the complex value of the third-order susceptibility at that wavelength are obtained from the measured absorptive nonlinearity. Foundation item: Supported by the National Natural Science Foundation of China (69487007) Biography: Song Qian (1937-), female, Professor. Research direction: nonlinear optics and all-optical communications.     

Nanocomposites based on ferroelectrics and meso- systems modified by high-dielectric and high-field environment

The nanocompoisites of ferroelectric matrix and nanosized particles ( clusters) (" ferroelectric- based nanocomposites" for abbreviation) constitute a group of novel functional materials. A new physical system, meso-system modified by high-dielectric and high-field environment, was formed in the composites. These materials show a promising application prospect in nonlinear optics, low driving voltage electroluminescence devices and quantum dot lasers. In this review, the basic design idea and preparation method are introduced; research progress in this area made by the author and other colleagues are summarized; the dielectric and optical properties, the effect of high-dielectric and high-field environment, and the possibility for realizing low driving voltage high-field electroluminescence are reviewed.