[發明專利]一種基于衍射光柵的多波長空間光場微分運算器件

有效

• 申請號: 201811377199.4
• 申請日: 2018-11-19
• 公開（公告）號: CN109445751B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 阮智超;方軼圣;周祎晗
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06F7/64
• 分類號: G06F7/64;G06F17/15;G06T7/12
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜;邱啟旺

1.一種基于衍射光柵的多波長空間光場微分運算器件，其特征在于，能夠在多個波長處對相干光進行微分運算，包括從上至下依次疊加的空間頻率耦合層、波導層、反射層/空間頻率耦合層；所述波導層支持多個波導模式；所述空間頻率耦合層使用衍射光柵或者棱鏡，且器件中至少有一層為衍射光柵；所述空間頻率耦合層的衍射光柵滿足：使得某一特定空間頻率的多個工作波長的入射相干光分別能夠激發波導層支持的不同的波導模式，且在此空間頻率處光柵的某一非零衍射級次的傳遞函數為零，且在該空間頻率附近的傳遞函數為線性。

2.根據權利要求1所述的一種基于衍射光柵的多波長空間光場微分運算器件，其特征在于，所述波導層使用介質材料，波導模式的數目可以通過設計波導層介質的厚度實現。

3.根據權利要求1所述的一種基于衍射光柵的多波長空間光場微分運算器件，其特征在于，所述空間頻率耦合層使用衍射光柵，衍射光柵的周期滿足：對某一特定的空間頻率，在該器件的多個工作波長處的入射相干光分別能夠耦合到波導層支持的不同的波導模式。

4.根據權利要求1所述的一種基于衍射光柵的多波長空間光場微分運算器件，其特征在于，該器件采用反射層時為反射式器件，所述反射層使用完全反射的材料或結構，使光場不能透過波導層繼續向下傳播，從而該器件工作在反射狀態；對于反射式器件，所述空間頻率耦合層使用衍射光柵。

5.根據權利要求1所述的一種基于衍射光柵的多波長空間光場微分運算器件，其特征在于，波導模式在傳輸過程中向光柵的某一非零衍射級次的泄漏場與該級次的直接衍射場完全干涉相消，從而該器件在所述空間頻率處該衍射級次傳遞函數為零,且在該空間頻率附近的傳遞函數為線性，所述非零衍射級次的衍射光場為輸入光場的空間一階微分運算結果。

6.根據權利要求1所述的一種基于衍射光柵的多波長空間光場微分運算器件，其特征在于，該器件所述空間頻率處該衍射級次傳遞函數為零可以實現的條件，是通過設計空間頻率耦合層的衍射光柵的結構和材料參數，使衍射光柵的背景衍射效率接近100％，即不激發波導模式時的直接衍射第零級的入射場基本完全衍射到所述非零衍射級次。

7.根據權利要求1所述的一種基于衍射光柵的多波長空間光場微分運算器件，其特征在于，該器件的輸入的空間光場以相干光為載體，輸入光場既可以是單一波長的空間光場，也可以是一組不同波長的空間光場，即波分復用型的空間光場。

8.根據權利要求1所述的一種基于衍射光柵的多波長空間光場微分運算器件，其特征在于，該器件的輸出光場在光柵的非零衍射級次，所以不同波長對應的輸出光場具有不同的衍射角，能自動解復用，不需要額外的解復用器件。

9.根據權利要求1所述的一種基于衍射光柵的多波長空間光場微分運算器件，其特征在于，該器件用于對一組不同波長的圖像進行圖像邊緣提取，實現超快速、實時、大通量的圖像處理。