基于各向異性晶體的光學(xué)微分運(yùn)算*

余晨 楊華 陳書圓

(湖南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院, 長沙 410082)

光學(xué)微分運(yùn)算是邊緣圖像的光學(xué)檢測核心原理, 與傳統(tǒng)的數(shù)字圖像處理方法相比, 具有效率高、結(jié)構(gòu)簡單且無需考慮算法和功耗等優(yōu)點(diǎn).本文提出一種基于各向異性晶體的光學(xué)微分運(yùn)算裝置, 用定制的晶體片實(shí)現(xiàn)光的空間分化, 從而實(shí)現(xiàn)多角譜分量下的全方位邊緣成像.本文中的方案需要將光束的左右旋圓偏振分量橫向分離, 再對中間部分的線偏振光進(jìn)行濾波處理.該方案主要是基于各向異性晶體的雙折射效應(yīng), 整個(gè)裝置整合為一條筆直的光路, 與自旋霍爾效應(yīng)和超表面相比, 具備原理簡單、成本較低且成像穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn), 不過對晶體的厚度有較高的要求.實(shí)驗(yàn)結(jié)果也較為理想地驗(yàn)證了此方案, 未來可望在量子觀測、生物細(xì)胞和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)一定潛在應(yīng)用.

1 引 言

光作為一種天然的模擬信號(hào), 本身攜帶了大量信息, 在數(shù)據(jù)處理、相位挖掘以及精密測量等方面扮演了重要角色.數(shù)字電路與信號(hào)處理中, 為了達(dá)到相同的效果, 往往使用模擬信號(hào)更簡單[1,2], 而且模擬信號(hào)不存在量化誤差, 可以更好地還原自然物理量的真實(shí)值.所以與日益成熟的數(shù)字信號(hào)處理、數(shù)字電路技術(shù)相比較而言, 信息光學(xué)中的光學(xué)模擬計(jì)算有著巨大的發(fā)展?jié)摿3?5].

傳統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)處理大量數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)對功耗和復(fù)雜集成電路的設(shè)計(jì)提出較高的要求, 也存在著高頻工作狀態(tài)下的性能問……