[發明專利]一種基于變換材料的光學分數階傅里葉變換的裝置和設計方法

有效

• 申請號: 201710979945.6
• 申請日: 2017-10-19
• 公開（公告）號: CN107703626B
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 胡進;陳靜;楊曉波
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;G01J9/00
• 代理公司: 北京理工正陽知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 唐華

本發明是一種基于變換材料的光學分數階傅里葉變換的裝置和設計方法，屬于變換材料和光學分數階傅里葉變換信號處理領域。本裝置主要基于傳統GRIN透鏡擴大輸入面，保持輸出面不變或縮小，通過保角變換等方法獲得其與傳統GRIN透鏡的變換關系，再利用變換材料的方法獲得本裝置的折射率的共形變換裝置；本方法的步驟為：1在傳統GRIN透鏡的基礎上保證透鏡輸出面和透鏡厚度不變，彎曲透鏡且角度在0度和360度之間；2保持透鏡輸出面不變，拉伸透鏡至各點各向同性；3利用變換材料的方法計算本裝置的材料參數。本裝置在輸入低調頻率chirp信號的情況下具有低測量誤差和高分辨率；本裝置為各向同性材料，有利于工程制備。

技術領域

本發明是一種基于變換材料(Transformation Material)的光學分數階傅里葉變換 (Fractional Fourier Optics Transformation)的裝置和設計方法，屬于變換材料以及光學分數階 傅里葉變換信號處理領域。

背景技術

變換材料的雛形在2003年已經出現，當目前學術界公認是在2006年由J.B.Pendry和 U.Leonhardt分別獨立提出的變換光學理論。Pendry和Leonhardt分別獨立提出的這一理論，可 以從已知的參數通過“變換”而得來的參數通常用來表示材料性質，所以這種通過變換方法獲 得其參數的材料，被稱為“變換材料”。在電磁波、光學領域，這一方法被稱為“變換光學”。

早在1937年，Condon在他的論文中就提出了分數階傅里葉變換的初步概念。自此之后， 分數階傅里葉變換在各個領域得到了廣泛的應用。1980年分數階傅里葉變換首次作為一種數 學手段應用于光學，之后分數階傅里葉變換在光學中一直沒有得到重視，直到1993年Ozaktas 和Mendlovic首先提出了將分數階傅里葉變換應用于將光束通過二次折射率介質中。分數階傅 里葉變換成為一種解釋光學現象的新方法。在光學中比較常見的chirp信號主要是牛頓環，對 牛頓環的調頻率檢測在工程中有很多應用，比如檢測球形期間表面光滑度、薄膜材料厚度等。 因此精確、方便、快速地測定其厚度十分必要，本發明主要是利用光學分數階傅里葉變換透 鏡快速精確定測量信號的調頻率。

利用二次折射率透鏡檢測chirp信號調頻率的文獻目前還沒有檢索到，本發明對傳統二次 折射率進行了改進，降低了低調頻率chirp信號的測量誤差，提高了裝置的性能。

發明內容

本發明的目的是為了改善傳統的二次折射率(Graded Index，GRIN)透鏡在輸入調頻率 較低的chirp信號情況下測量誤差大和輸入多個相同幅度chirp信號檢測精度低的問題，提出了 一種基于變換材料的光學分數階傅里葉變換的裝置和設計方法。

本發明的核心思想是：以介質的特性作為手段完成對光場的控制，具體主要是基于光波 在介質中的傳播的性質，當預先知道輸入chirp信號在分數階傅里葉變換裝置中的處理效果， 即明確其光場分布，則可以利用變換材料的方法確定裝置的介質參數，從而達到預期的光場 分布；

一種基于變換材料的光學分數階傅里葉變換的裝置和設計方法，包括分數階傅里葉變換 透鏡的裝置和裝置的設計方法，其中，基于變換材料的分數階傅里葉變換透鏡的裝置，簡稱 本裝置，本裝置的設計方法，簡稱本方法；

其中，本裝置主要包括輸入面、基于變換材料設計的二次折射率透鏡和輸出面；

本裝置中基于變換材料設計的二次折射率透鏡，簡稱透鏡；

輸入面是輸入信號進入二次折射率透鏡的入射面，由于本裝置是基于變換材料的原則， 雖然本裝置的輸入面與原始的GRIN透鏡輸入面相比，形狀發生了拉伸與改變，但在數學意義 與物理意義上，本裝置的輸入面的點與原始的GRIN透鏡輸入面為一一對應的關系；