《洛伦兹-高斯光束和艾里光束两类相异光束的多维调控及其信号处理》

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该项目系统开展了洛伦兹-高斯光束和艾里光束两类相异光束的多维调控及其信号处理的研究,取得了一系列原创性的科研成果,获得国内外学术界的认可和肯定。

主要科学发现有:

1.通过多个维度系统地研究,阐明了洛伦兹-高斯光束的特性。分别基于空域和相域,利用卷积、傅里叶变换等创新研究方法对洛伦兹-高斯光束的特性进行了系统研究,尤其对傍轴和非傍轴传输、完全相干和部分相干情形、涡旋和非涡旋情况等开展了深入地探究。利用远场矢量结构特征从本质源头去调控洛伦兹-高斯光束,揭示了洛伦兹-高斯光束的特性。解决了大角度光束表征和多维调控的物理模型和关键技术。并将理论成果应用于实际,设计了系列LED灯具,推动该行业的发展,已经取得明显的经济效益。

2.阐明了艾里光束的全光场自修复机理,提出了大功率、大尺度艾里光束的产生方法。揭示了艾里光束的全光场(包括光强、相位和偏振)自修复特性,阐明了艾里光束全光场自修复特性的物理机理。提出了定量评价光束自修复能力的方法,建立了艾里光束自修复能力与光束特性间的关系。设计了从光束自修复能力出发抑制湍流对艾里光束特性影响的方法。提出了基于自适应光学和相干合成技术产生大功率、大尺度艾里光束的方法,设计了利用自适应光学系统对艾里光束自修复特性在随机介质中进行实时补偿的方法。

3.提出了多种光学图像安全加密方法,并进行了光学加密系统用于认证的探索。借鉴艾里光束的自修复机理研究,将抗干扰能力应用于光学图像加密处理。提出了一种基于相位恢复和稀疏双随机相位加密的安全认证方法,结合光学加密和图像认证两种方式,具有光路简单、信息保密性好和认证过程简单可靠的优点;提出了一种基于切相傅里叶变换的全新图像加密方法,能够避免振幅-相位恢复算法的攻击;首次将光阑引入光学双随机相位编码系统,解决了相位恢复算法中嵌入解密密钥的关键技术问题。

研究成果包括Phys.Rev.A、Opt.Lett.、IEEE Photonics J.等50多篇SCI论文,被Phys.Rev.A、Sci.Rep.-UK等SCI引用1000余次,SCI他引700余次,相关研究获5项国家自然科学基金和5项浙江省自然科学基金。10篇代表性论文SCI他引237次,授权发明专利9项,在科学出版社出版《高阶洛伦兹-高斯光束的研究》等专著3部,在重要国际学术会议作邀请报告10次,周国泉入选浙江省151人才工程重点资助。

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