APP | 山东师范大学光场调控与应用中心:探索随机激光器在涡旋光束生成及图像边缘增强中的应用潜力-夜雨聆风

APP | 山东师范大学光场调控与应用中心:探索随机激光器在涡旋光束生成及图像边缘增强中的应用潜力

关注我们，点亮星标，精彩内容尽在掌握！

传统激光器生成部分相干光束通常需要使用额外光学元件，例如旋转毛玻璃(RGGD)等。近期研究发现，随机激光器基于其光学反馈源于随机介质中的多重散射，发出的光是部分相干光，在生成部分相干结构光场上具有明显的优势。本研究采用金纳米粒子增强的液晶随机激光器生成部分相干复杂涡旋光束，并进一步探索了以随机激光器为光源的边缘增强成像技术，包括各向同性与各向异性边缘增强成像。该工作不仅为随机激光器在复杂涡旋光束生成领域奠定基础，更开辟了其在图像边缘增强技术中的应用前景。

随机激光器辐射特性：在低泵浦能量时，发射光谱呈现中心波长为605 nm的宽带自发辐射特征。随着泵浦能量增加，发射光谱中出现多个离散且尖锐的峰值，这是随机激光的典型特征。通过折线拐点测定的随机激光阈值约为2.9 μJ/pulse。通过杨氏双缝干涉实验所测得的干涉条纹可见度约为0.4，证实了随机激光属于部分相干光束。并研究了毛细管发射光谱的角度依赖性，发现能量主要集中在0-30°范围内，这有利于实现高质量成像。

叠加态涡旋随机激光的产生：我们研究了多种叠加态的涡旋随机激光。首先研究了两个拓扑荷大小不同但符号相同的涡旋光束叠加(I和m)，产生了蜂窝状结构；其次使用两个拓扑荷大小相等但符号相反的涡旋光束(I和-I)的叠加，得到单瓣状结构；最后通过四个涡旋光束的叠加，由两对拓扑荷大小相等但符号相反的涡旋光束(I,-I,m和-m)叠加得到双瓣状结构。

随机激光边缘增强成像研究：尽管光学图像蕴含丰富信息，但大多数关键信息集中于边缘轮廓上。因此，具有希尔伯特因子^exp(ilθ)相位特性的光学涡旋因满足径向希尔伯特变换条件，越来越多地被用于边缘增强成像。我们通过采用空间光调制器(SLM)作为涡旋滤波器，并通过改变涡旋奇点位置实现离轴涡旋滤波，基于随机激光器实现了各向同性与各向异性边缘增强成像技术。

综上所述，这项工作不仅为随机激光器在复杂涡旋光束生成中的应用提供了新思路，也为其在边缘增强等图像处理领域的应用开辟了新途径。随着随机激光技术的持续发展，随机激光涡旋光束的生成与应用将展现更为广阔的研究与应用前景。

团队介绍

山东师范大学光场调控及应用中心(http://www.gctk.sdnu.edu.cn) 于2018年05月成立，中心依托于山东省光场调控物理及应用重点实验室、山东省光场调控工程技术研究中心、山东省光场多维调控及应用高等学校实验室、山东省高等学校服务黄河流域生态保护和高质量发展光场调控及应用协同创新中心和物理与电子科学学院。中心主任为国家杰出青年科学基金获得者、美国光学学会会士蔡阳健教授。目前有国家杰出青年科学基金获得者2名，教育部长江学者2名，国家自然科学基金青年项目(B类)(原优秀青年基金)获得者1名，省外专双百计划专家3名，省泰山学者青年专家8名，其他高级职称教师17名，讲师15名，实验师5名，博士后2名。中心现有600余平米的办公及会议场所，建设有300余平米光学超净间，购置有电子束曝光系统、飞秒激光加工系统、拉曼光谱检测系统、激光通讯系统、激光雷达系统及电子束蒸发镀膜系统等7000余万的大型实验设备。中心紧密结合国家重大需求及山东省新旧动能转换重大工程有限发展领域，主要开展光场调控及其在复杂环境光通讯、精密光学加工、激光雷达探测、光学成像等新一代信息技术中的应用。自成立以来，中心共承担各类项目140余项，其中国家级项目82项。在Nature Physics、 Nature Communications、Physical Review Letters、Light: Science & Applications、 Laser & Photonics Reviews、Nano Letters等权威期刊发表高水平论文400余篇。中心将坚持以协同创新为驱动，努力打造一个开放融合，在国内外有重要影响力的科研平台。