Code Division Multiplexing Inspired Dynamic Metasurface Holography

Metasurface holography is attracting increasing attention owing to its numerous advantages over conventional holography techniques, such as precise control of phase profiles, compact sizes, and multiple information channels via a single optical element. Metasurfaces provide a flexible platform for incorporating various multiplexing techniques. Inspired by code division multiplexing (CDM), which is widely employed in networking and wireless digital communications, metasurface holography for generating dynamic holographic images controlled by both the patterned beam profiles and polarization states is designed and realized in this study. Specifically, two orthogonal polarization states and 16 code bases of light illumination are combined to generate 32 independent channels. Only the correct code reference can decode the target image for a specific channel, providing encryption for information transportation. Meanwhile, the demonstrated metasurface holography with CDM can realize active modulation via a digital micromirror device. The proposed metasurface can be utilized to achieve dynamic information display, data storage, optical encryption, and other applications in optics.     

圆极化解耦手性辅助超表面

设计了一种圆极化手性辅助微波段超表面,根据手性结构的自旋相关响应特点,通过调节单元中圆弧的张角可以独立改变左旋/右旋圆极化波的反射相位,同时反射的同极化波束幅度能维持较高水平。为了证明所提出单元的有效性,分别设计了左右旋波束独立偏转和携带不同拓扑电荷数的涡旋波束2个超表面。仿真结果表明,所提出的单元能够有效对2个正交圆极化波束进行解耦使其独立工作。该方法也可以拓展到其他频率,为电磁波极化复用提供一种新的思路。     

大物体数字全息记录的研究

针对大物体数字全息记录时记录距离太长的问题,提出了一种实现短距离、大物体数字全息的记录系统.该系统将大物体预先缩小成像技术、两步相移技术引入到同轴无透镜傅里叶变换全息记录光路中.结果表明:同轴无透镜傅里叶全息可以充分的利用CCD的带宽,减少记录距离;两步相移技术操作简单,有效去除了零级像和共轭像的干扰;预缩小成像技术可以使得记录距离进一步减少,以上三种技术相结合,实现了在较短距离内,记录大物体的数字全息.     

合成孔径数字全息的记录、再现及实现

介绍了合成孔径数字全息记录和再现的基本原理，提出了相应的实现方法和技术方案。特别对合成孔径数字全息再现中的两类方法：用单参考光记录的子全息图数字再现光场复振幅叠加或强度叠加，以及用多参考光记录的子全息图数字再现光场复振幅叠加或强度叠加方法进行了详细理论分析和实验研究。结果表明，合成孔径技术是一种提高数字全息再现像的分辨率的有效方法。与传统的子全息图直接拼接的合成孔径数字全息再现方法相比，用子数字全息图再现光场复振幅叠加或强度叠加两种再现方法均可实现合成孔径数字全息的再现，并可显著提高再现像的分辨率，但强度叠加方法的记录和再现难度远小于前者。在实际中可以根据解决问题的要求和子数字全息图的记录情况选用。     

多个三维物体的彩虹全息假彩色编码

提出了一种新的假彩色编码技术．对单个三维物体赋以同种颜色．不同物体不同的颜色，前后物体的遮蔽效果以不同的颜色加以体现．增强了立体感．并给出了实验结果．     

线偏光全息的正交再现

报道了正交线偏光全息中的正交再现现象.所谓的正交再现,指的是衍射光的偏振态与记录信号光的偏振态是正交的.基于新发展的张量偏光全息理论,分析了正交再现的条件;搭建实验平台,在实验上观察到正交再现现象.通过定量分析与多组实验,可以得出当衍射光实现正交再现时,其功率大小与记录过程中信号光和参考光的干涉夹角有关.实验结果和理论...     

Holographic Tensor Metasurface for Simultaneous Wireless Powers and Information Transmissions Using Polarization Diversity

A holographic tensor metasurface (HTM) is proposed from the energy perspective to achieve flexible regulations of polarization and energy distributions for simultaneous transmissions of power and information. A dual-polarization receiving metasurface with high isolation is also proposed to enable simultaneous receptions of power and information. Based on the two metasurfaces, a novel system for simultaneous wireless information and power transmissions (SWIPT) is established, which can transmit microwave powers and information signals by flexibly regulating the electromagnetic waves in different polarizations. The proposed HTM can generate non-diffraction Bessel beams of two polarizations to keep high-power transfer efficiency in an environment with obstacles. A rectifier circuit is designed with a wide dynamic range to integrate with the receiving metasurface to capture the strong powers and weak signals simultaneously. The effect of different modulations on the rectification efficiency of microwave-to-DC and the performance of the SWIPT system are analyzed. The SWIPT system is verified by experiments to realize simultaneous transmissions of information and powers by only using the metasurfaces, which is beneficial to integrate the wireless sensor networks, communication modules, and artificial intelligence algorithms to build up smart cities.     

一种新型含偶氮聚合物的偏振全息研究

对一种含偶氮侧链聚合物介质的光致双折射性质进行了研究。结果表明 ,该聚合物具有大的光致双折射系数 (Δn=7.8× 10 - 3) ,并利用该样品实现了高衍射效率的偏振全息图像的记录 ,实验所得偏振全息图衍射效率为 η=19.3 %。     

基于开口谐振环的反射超表面设计及实验研究

相位梯度超表面可在其表面形成额外的平行波矢分量,从而可对反射波的反射方向进行调控,导致反常反射现象。主要研究在垂直入射情况下通过反射超表面实现对电磁波的反常反射,首先阐明了反射超表面的设计原理,得到了反射超表面的设计理论,并设计了基于开口谐振环的反常反射超表面。仿真和测试结果表明,通过优化设计不同结构参数的开口谐振环阵列单元,可以在设计频点处通过超表面平行波矢控制电磁波的反射方向,将反射波偏折到设计方向。由于其对电磁波反射方向的自由调控,反射超表面在天线、隐身等领域具有重要的应用前景,可望应用于高方向性天线、雷达散射截面缩减、反射聚焦平板等。     

实象象散二步彩虹全息术

提出一种新的象散彩虹全息方法,其特点是能获得大象深的实象再现,从而提高了全息图的三维表现能力,使其观察奇妙神秘,更具魁力。     

基于多视差立体显示的数字合成全息技术研究

合成全息图利用多视差图像实现立体显示,并可通过分区曝光实现大面积制作。介绍了数字合成全息的原理及其实验系统,针对其制作过程中的两种图像采样方式,研究了图像的分割和重组原则。通过对单元全息图合成拍摄中图像重叠投影的分析,基于非成像光学理论设计制作了能实现这一功能的透镜,并借助光学软件对其进行了仿真。最后利用所设计的透镜进行了合成全息实验,结果表明,利用所设计的重叠投影透镜和适当的图像处理方法,能合成出轮廓清晰、立体感强的全息立体图。     

偏振全息术在光学时钟分布中的应用

提出了采用偏振全息术制做全息光学元件以实现光学时钟分布的方法。初步实验得到了可作为4输出时钟分布的全息光学元件，文中还提出了用偏振全息术获得多输出端时钟分布的方案。     

基于体全息技术的WDM器件

利用体全息技术制作波分复用器件是一种新方法。本文介绍了此种方法的基本原理和器件的基本性能，并报道了国外对该项技术的研究进展。     

彩虹消色全息新方法

提出一种单光束一次曝光制作彩虹消色全息图的方法，实验证明此方法简单实用．     

三步相移数字全息术用于相位密钥的复制

提出把双随机相位编码中的相位密钥记录为数字全息图,以实现密钥的复制。这能使用户远程访问密文时,可以通过相应的相移算法从记录的数字全息图中重构出相位密钥,并解密得到原始图像。给出了一种可能的应用方案,并分析了CCD噪声对相位密钥重构质量的影响。     

利用数字全息和相位恢复算法实现信息加密

提出了一种基于数字全息技术和相位恢复算法的信息加密方法。运用相位恢复算法得到数字全息图的纯相位频谱分布,实现了对全息图的加密;对纯相位频谱分布实施逆傅里叶变换(IFT)则可以得到解密后的全息图。利用菲涅耳近似法和卷积法对解密后的全息图进行数字重构得到了再现像。该加密方法区别于常用的随机相位加密方法,不再需要制作随机相位板。实验结果表明,该加密方法既适用于对二维图像加密,也适用于对三维物体进行加密。     

数字全息测量技术中消除零级衍射像的方法

提出一种数字全息的零级衍射像消除方法 ,该方法不需要相移器材或其他辅助设备 ,直接利用图像处理手段对数字全息图进行数字处理 ,完全消除零级衍射像 ,有效改善真实像质量。     

数字显微像面全息技术研究

提出一种数字显微像面全息术（DMIPH）。微观物体的离轴像面全息图直接记录在CCD上,经过2次快速傅立叶变换和数字频谱滤波,得到了显微物体放大的再现实像,并进行了详细的理论分析和实验研究,提供了以分辨率板为实验样品的实验结果。研究表明,这种技术可应用于微观物场成像和定量测量。     

Polarization Modulation for Wireless Communications Based on Metasurfaces

As an alternative to conventional wireless communication techniques that use amplitude, frequency, and phase modulations, polarization modulation (PoM) provides an additional degree of freedom for the modulation of carrier waves and allows the realization of simple transceiver designs. PoM also enhances physical-layer security in wireless communication systems owing to its vector-attribute and direction-dependence features. In this study, a prototype of PoM wireless communications based on a digital coding metasurface that can dynamically control the polarization of electromagnetic waves in a certain frequency band is demonstrated. The binary digital signals can be encoded on the optical rotation states of the circularly polarized beams through the real-time control of the bias voltages applied on the metasurface and successfully decoded at the receiving end. Because the metasurface is separated from the emitting antenna, the design can simplify the setup for multichannel communications and provide more flexibility by setting the emitting antennas at different operating frequencies at any time.     

空间滤波合成狭缝彩虹全息术假彩色编码

采用空间滤波合成狭缝彩虹全息术对二维透射物进行假彩色编码。记录二维透射物的不同空间频谱所对应的物象时，参考光处于不同的传播方向，同时将透镜平移，全息图在白光再现时就出现不同颜色。