CN107144974B - 一种基于微纳全息光波导的光学处理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于微纳全息光波导的光学处理方法及系统，其中所述方法包括：接收第一光束，利用入射光栅对所述第一光束做傅立叶变换形成第二光束，并将所述第二光束耦合输入到光波导内；所述第二光束在所述光波导内传输；对所述第二光束进行处理，形成第三光束；所述第三光束在所述光波导内传输；利用出射光栅对所述第三光束做傅立叶逆变换形成第四光束，并将所述第四光束耦合输出到光波导外。本发明提供的基于微纳全息光波导的光学处理方法及系统，通过将入射光栅、光学处理元件和出射光栅分别设置于光波导表面，使系统设计紧凑，体积小，重量轻，不容易受环境噪声的干扰。

Description

一种基于微纳全息光波导的光学处理方法及系统

技术领域

本发明涉及光学处理技术领域，尤其涉及一种基于微纳全息光波导的光学处理方法及系统。

背景技术

傅立叶光学是现代光学的一个分支，其中，空间滤波是傅里叶光学的一个重要应用领域。空间滤波器大致分为三类：振幅型、相位型和复数型。空间滤波器在反衬度增强、微分运算、匹配滤波、图形相关、模糊图像处理、像差平衡等方面广泛应用。

4f系统是傅立叶光学的一个经典的空间滤波系统，图1为典型的4f系统示意图，如图1所示，S为点光源，P1为入射面，P2为频谱区，P3为出射面，透镜L2和L3的焦距均为f。点光源S经过准直镜L1后得到平行光，在入射面P1上的输入函数f(x,y)经过透镜L2实现光学傅立叶变换，在频谱区P2得到它的频谱F(μ,υ)，F(μ,υ)与频谱区P2上的滤波函数F(μ,υ)相乘后经过透镜L3进行光学傅立叶反变换，在出射面P3上可以得到滤波函数 g(x,y)，通过设计4f系统的合适的滤波函数，可以快速的实现预想的滤波效果。

图2为等效于4f系统的光学滤波系统示意图，如图2所示，S为点光源，P1为入射面，P2为频谱区，P3为出射面，透镜L1的焦距为f1，L2的焦距为f2。以点光源S的发散光作为入射光，把入射面P1放置在透镜L1的前焦距上，根据透镜成像原理，在透镜后两倍焦距处是入射光的频谱区 P2，在这个区域进行滤波，并经过透镜L2把信息从频率域还原到空间域，在出射面P3上得到滤波后的函数。

在上述两种常用的滤波系统中，由于透镜实际体积、重量、还有焦距长度的原因，使整个滤波系统的体积和重量都比较大，在实际的使用中非常的不方便，不利于相应系统整体的小型化。此外，由于透镜之间分离安装，在环境中容易受各种噪声的干扰，影响整个滤波系统的效果。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种基于微纳全息光波导的光学处理方法及系统，解决了现有技术中光学处理系统的体积大，并且容易受各种噪声干扰的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种基于微纳全息光波导的光学处理方法，包括：

接收第一光束，利用入射光栅对所述第一光束做傅立叶变换形成第二光束，并将所述第二光束耦合输入到光波导内；

所述第二光束在所述光波导内传输；

对所述第二光束进行处理，形成第三光束；

所述第三光束在所述光波导内传输；

利用出射光栅对所述第三光束做傅立叶逆变换形成第四光束，并将所述第四光束耦合输出到光波导外。

进一步地，所述对所述第二光束进行处理具体为：

对所述第二光束进行滤波处理或校正处理。

进一步地，所述方法还包括：

将光学处理元件设置于所述第二光束在所述光波导表面上形成的第一汇聚焦点上，将所述光学处理元件设置于所述第三光束在所述光波导表面上形成的第二汇聚焦点上，所述第一汇聚焦点与所述第二汇聚焦点重合。

另一方面，本发明提供一种基于微纳全息光波导的光学处理系统，包括：

光波导、入射光栅、光学处理元件、出射光栅；其中，所述入射光栅设置于所述光波导表面，用于接收第一光束，对所述第一光束做傅立叶变换形成第二光束，并将所述第二光束耦合输入到所述光波导内；所述光学处理元件设置于所述光波导表面，用于处理所述第二光束形成第三光束；所述光波导是所述第二光束和所述第三光束传输的介质；所述出射光栅设置于所述光波导表面，用于对所述第三光束做傅立叶逆变换形成第四光束，并将所述第四光束耦合输出到所述光波导外。

进一步地，所述入射光栅为汇聚光栅，所述出射光栅为汇聚光栅。

进一步地，所述光学处理元件设置于所述第二光束在所述光波导表面上形成的第一汇聚焦点上，所述光学处理元件设置于所述第三光束在所述光波导表面上形成的第二汇聚焦点上，所述第一汇聚焦点与所述第二汇聚焦点重合。

进一步地，所述光学处理元件为滤波器。

进一步地，所述光学处理元件为校正器。

进一步地，所述入射光栅为透射式汇聚光栅或反射式汇聚光栅，所述出射光栅为透射式汇聚光栅或反射式汇聚光栅。

进一步地，所述系统还包括：

信息加载器和采集器，所述信息加载器设置于所述入射光栅的焦平面上，用于调制光源光束形成所述第一光束，使所述第一光束带有光信息；所述采集器设置于所述出射光栅的焦平面上，用于采集处理后的光信息。

(三)有益效果

本发明提供的基于微纳全息光波导的光学处理方法及系统，通过将入射光栅、光学处理元件和出射光栅分别设置于光波导表面，用入射光栅对第一光束做傅立叶变换形成第二光束，并将第二光束耦合输入到光波导内，然后用光学处理元件处理第二光束形成第三光束，再用出射光栅对第三光束做傅立叶逆变换形成第四光束，并将第四光束耦合输出到光波导外，从而实现对光信号的光学处理。依照本发明技术方案的光学处理系统设计紧凑，体积小，重量轻，不容易受环境噪声的干扰。

附图说明

图1为典型的4f系统示意图；

图2为等效于4f系统的光学滤波系统示意图；

图3为依照本发明实施例的对光信息进行光学处理的方法示意图；

图4为依照本发明实施例的光学处理系统示意图；

图5为依照本发明另一实施例的光学处理系统示意图；

图6为依照本发明再一实施例的光学处理系统示意图；

图7为依照本发明又一实施例的光学处理系统示意图；

图8为依照本发明又一实施例的光学处理系统示意图；

图9为依照本发明又一实施例的光学处理系统示意图。

具体实施方式

为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

图3为依照本发明实施例的对光信息进行光学处理的方法示意图，如图 3所示，本发明实施例提供一种基于微纳全息光波导的光学处理方法，包括：

步骤S10、接收第一光束，利用入射光栅对所述第一光束做傅立叶变换形成第二光束，并将所述第二光束耦合输入到光波导内；

步骤S20、所述第二光束在所述光波导内传输；

步骤S30、对所述第二光束进行处理，形成第三光束；

步骤S40、所述第三光束在所述光波导内传输；

步骤S50、利用出射光栅对所述第三光束做傅立叶逆变换形成第四光束，并将所述第四光束耦合输出到光波导外。

具体为，带有信息的第一光束以预设的入射角照射到所述入射光栅上，所述入射光栅设置于所述光波导表面，所述预设的入射角为制作所述入射光栅时光栅所记录的相干光的入射角。

所述入射光栅接收所述第一光束，所述第一光束经过所述入射光栅后发生衍射形成第二光束，所述入射光栅是具有傅立叶变换性质的光栅，即第二光束是第一光束经过傅立叶变换所得。同时，入射光栅将所述第二光束耦合输入到所述光波导内，所述第二光束进入所述光波导后的衍射角大于所述光波导的临界角，所述第二光束可以在所述光波导中以全反射的形式传输。

所述光学处理元件设置于所述光波导表面，所述光学处理元件对照射到其上的所述第二光束进行处理，处理之后形成第三光束，所述第三光束继续在所述光波导中传输，并照射到所述出射光栅上，所述出射光栅也设置于所述光波导表面，所述第三光束照射到所述出射光栅上以后发生衍射形成所述第四光束，所述出射光栅也是具有傅立叶变换性质的光栅，即，所述第四光束是对所述第三光束做傅立叶逆变换所得，同时，所述出射光栅将所述第四光束耦合输出到所述光波导外。

例如，所述第一光束携带的信息用函数f(x,y)表示，则函数f(x,y)经过入射光栅实现光学傅立叶变换，形成所述第二光束，所述第二光束在其第一汇聚焦点上的得到函数f(x,y)的频谱F(μ,υ)，F(μ,υ)与在所述第一汇聚焦点上的所述光学处理元件上的处理函数H(μ,υ)做相乘处理，处理的目的是改变输入函数频谱F(μ,υ)的振幅和相位，形成所述第三光束，并传输所述第三光束，然后经过所述出射光栅进行光学傅立叶逆变换，得到处理后的函数g(x,y)，形成所述第四光束。写成关系式如下：

g(x,y)＝F^-1{F{f(x,y)}·H(μ,υ)}

进一步地，所述对所述第二光束进行处理具体为：

对所述第二光束进行滤波处理或校正处理。

具体为，带有信息的第一光束以预设的入射角照射到所述入射光栅上，所述第一光束经过所述入射光栅后发生衍射形成第二光束，所述入射光栅是具有傅立叶变换性质的光栅，即第二光束是第一光束经过傅立叶变换所得。同时，入射光栅将所述第二光束耦合输入到所述光波导内，所述第二光束可以在所述光波导中以全反射的形式传输。

所述光学处理元件为设置于所述光波导表面上的滤波器，所述滤波器对照射到其上的所述第二光束进行滤波处理，处理之后形成第三光束，所述第三光束继续在所述光波导中传输，并照射到所述出射光栅上，所述第三光束照射到所述出射光栅上以后发生衍射形成所述第四光束，所述出射光栅也是具有傅立叶变换性质的光栅，即，所述第四光束是对所述第三光束做傅立叶逆变换所得，同时，所述出射光栅将所述第四光束耦合输出到所述光波导外。

例如，所述第一光束携带的信息用函数f(x,y)表示，则函数f(x,y)经过入射光栅实现光学傅立叶变换，形成所述第二光束，所述第二光束在其所述第一汇聚焦点上的得到函数f(x,y)的频谱F(μ,υ)，F(μ,υ)与在所述第一汇聚焦点上的所述滤波器上的滤波函数L(μ,υ)做相乘处理，处理的目的是改变输入函数频谱F(μ,υ)的振幅和相位，形成所述第三光束，然后经过所述出射光栅进行光学傅立叶逆变换，得到滤波后的函数g(x,y)，形成所述第四光束。写成关系式如下：

g(x,y)＝F^-1{^F{f(x,y)}·L(μ,υ)}

要说明的是，上述示例性方法中所述光学处理元件选用的是滤波器，而在实际应用中不限于此，可以根据需要视情况而定。

进一步地，所述方法还包括：

将光学处理元件设置于所述第二光束在所述光波导表面上形成的第一汇聚焦点上，将所述光学处理元件设置于所述第三光束在所述光波导表面上形成的第二汇聚焦点上，所述第一汇聚焦点与所述第二汇聚焦点重合。

具体为，所述第二光束为汇聚光束，在所述光波导中传输，并汇聚在所述光波导的表面上的第一汇聚焦点上，将光学处理元件设置于第一汇聚焦点上对所述第二光束进行处理，形成第三光束，所述第三光束为发散光束，并且以全反射的形式继续在所述光波导中传输，所述第三光束照射到所述出射光栅上以后发生衍射形成所述第四光束。

根据光路的可逆性原理，所述第三光束为发散光束照射到所述出射光栅上，经过衍射后形成所述第四光束，并耦合输出到所述光波导外。所述出射光栅为汇聚光栅，并且所述第三光束在所述光波导表面上形成的第二汇聚焦点与所述第一汇聚焦点重合。

本发明实施例提供的基于微纳全息光波导的光学处理方法，通过将入射光栅、光学处理元件和出射光栅分别设置于光波导表面，用入射光栅对第一光束做傅立叶变换形成第二光束，并将第二光束耦合输入到光波导内，然后用光学处理元件处理第二光束形成第三光束，再用出射光栅对第三光束做傅立叶逆变换形成第四光束，并将第四光束耦合输出到光波导外，从而实现对光信号的光学处理。依照本发明实施例的方法设计的光学处理系统结构紧凑，体积小，重量轻，不容易受环境噪声的干扰。

实施例2：

本实施例与实施例1基本相同，为了描述的简要，在本实施例的描述过程中，不再描述与实施例1相同的技术特征，仅说明本实施例与实施例1不同之处：

所述光学处理元件为校正器，用于对所述第二光束进行校正处理。

具体为，带有信息的第一光束以预设的入射角照射到所述入射光栅上，所述第一光束经过所述入射光栅后发生衍射形成第二光束，所述入射光栅是具有傅立叶变换性质的光栅，即第二光束是第一光束经过傅立叶变换所得。同时，入射光栅将所述第二光束耦合输入到所述光波导内，所述第二光束可以在所述光波导中以全反射的形式传输。

所述光学处理元件为设置于所述光波导表面上的校正器，所述校正器对照射到其上的所述第二光束进行校正处理，处理之后形成第三光束，所述第三光束继续在所述光波导中传输，并照射到所述出射光栅上，所述第三光束照射到所述出射光栅上以后发生衍射形成所述第四光束，所述出射光栅也是具有傅立叶变换性质的光栅，即，所述第四光束是对所述第三光束做傅立叶逆变换所得，同时，所述出射光栅将所述第四光束耦合输出到所述光波导外。

例如，所述第一光束携带的信息用函数f(x,y)表示，则函数f(x,y)经过入射光栅实现光学傅立叶变换，形成所述第二光束，所述第二光束在其所述第一汇聚焦点上的得到函数f(x,y)的频谱F(μ,υ)，F(μ,υ)与在所述第一汇聚焦点上的所述校正器上的校正函数J(μ,υ)相乘做处理，处理的目的是改变输入函数频谱F(μ,υ)的振幅和相位，形成所述第三光束，然后经过所述出射光栅进行光学傅立叶逆变换，得到校正后的函数g(x,y)，形成所述第四光束。写成关系式如下：

g(x,y)＝F^-1{F{f(x,y)}·J(μ,υ)}

本发明实施例提供的基于微纳全息光波导的光学处理方法，通过将入射光栅、光学处理元件和出射光栅分别设置于光波导表面，用入射光栅对第一光束做傅立叶变换形成第二光束，并将第二光束耦合输入到光波导内，然后用光学处理元件处理第二光束形成第三光束，再用出射光栅对第三光束做傅立叶逆变换形成第四光束，并将第四光束耦合输出到光波导外，从而实现对光信号的光学处理。依照本发明实施例的方法设计的光学处理系统结构紧凑，体积小，重量轻，不容易受环境噪声的干扰。

实施例3：

图4为依照本发明实施例的光学处理系统示意图，如图4所示，本发明实施例提供一种基于微纳全息光波导的光学处理系统，包括光波导3、入射光栅101、光学处理元件2、出射光栅102。

其中，所述入射光栅101设置于所述光波导3表面，用于接收第一光束 6，对所述第一光束6做傅立叶变换形成第二光束7，并将所述第二光束7耦合输入到所述光波导3内；所述光学处理元件2设置于所述光波导3表面，用于处理所述第二光束7形成第三光束8；所述光波导3是所述第二光束7 和所述第三光束8传输的介质；所述出射光栅102设置于所述光波导3表面，用于对所述第三光束8做傅立叶逆变换形成第四光束9，并将所述第四光束9耦合输出到所述光波导3外。

基于微纳全息光波导的光学处理系统对光信号进行处理的工作过程具体如下：

带有信息的第一光束6以预设的入射角照射到所述入射光栅101上，所述入射光栅101设置于所述光波导3表面，所述第一光束6为平行光束，所述预设的入射角为制作所述入射光栅101时光栅所记录的相干光的入射角。

所述第一光束6经过所述入射光栅101后发生衍射形成第二光束7，所述入射光栅101是具有傅立叶变换性质的光栅，即第二光束7是第一光束6 经过傅立叶变换所得。同时，入射光栅101将所述第二光束7耦合输入到所述光波导3内，所述第二光束7进入所述光波导3后在波导界面处的入射角大于或等于所述第二光束7在所述光波导3介质中的全反射临界角，所述第二光束7可以在所述光波导3中以全反射的形式传输。

所述光学处理元件2设置于所述光波导3表面，所述光学处理元件2对照射到其上的所述第二光束7进行处理，处理之后形成第三光束8，所述第三光束8继续在所述光波导3中以全反射的形式传输，并照射到所述出射光栅102上，所述出射光栅102也设置于所述光波导3表面，所述第三光束8 照射到所述出射光栅102上以后发生衍射形成所述第四光束9，所述出射光栅102也是具有傅立叶变换性质的光栅，即，所述第四光束9是对所述第三光束8做傅立叶逆变换所得，同时，所述出射光栅102将所述第四光束9耦合输出到所述光波导3外。

要说明的是，上述示例性方法中所述第一光束为平行光束，而在实际应用中不限于此，第一光束具体为平行光束还是发散光束可以视情况而定。

进一步地，所述入射光栅为汇聚光栅，所述出射光栅为汇聚光栅。

具体为，所述入射光栅101为汇聚光栅，使所述第一光束6经过所述入射光栅101后发生衍射形成的第二光束7为汇聚光束，同时，入射光栅101 将所述第二光束7耦合输入到所述光波导3内，所述第二光束7进入所述光波导3后在界面处的入射角大于或等于所述第二光束7在所述光波导3介质中的全反射临界角，所述第二光束7可以在所述光波导3中以全反射的形式传输，并汇聚在所述光波导3的表面上的第一汇聚焦点上。

所述第二光束7经过所述光学处理元件2的处理后形成所述第三光束 8，所述第三光束8为发散光束，并且以全反射的形式继续在所述光波导3 中传输。

所述第三光束8照射到所述出射光栅102上以后发生衍射形成所述第四光束9，同时，所述出射光栅102将所述第四光束9耦合输出到所述光波导 3外。

根据光路的可逆性原理，所述第三光束8为发散光束照射到所述出射光栅102上，经过衍射后形成所述第四光束9，并耦合输出到所述光波导3 外。所述出射光栅102为汇聚光栅，并且所述第三光束8在所述光波导3表面上形成的第二汇聚焦点与所述第一汇聚焦点重合。

进一步地，所述光学处理元件设置于所述第二光束在所述光波导表面上形成的第一汇聚焦点上，所述光学处理元件设置于所述第三光束在所述光波导表面上形成的第二汇聚焦点上，所述第一汇聚焦点与所述第二汇聚焦点重合。

具体为，所述光学处理元件2设置于所述第二光束7在所述光波导3表面上形成的第一汇聚焦点上，在所述第一汇聚焦点上对所述第二光束7进行处理，所述第一汇聚焦点也是所述第三光束在所述光波导表面上形成的第二汇聚焦点，所述第一汇聚焦点与所述第二汇聚焦点重合。

例如，所述第一光束6携带的信息用函数f(x,y)表示，则函数f(x,y)经过入射光栅101实现光学傅立叶变换，形成所述第二光束7，所述第二光束7在其所述第一汇聚焦点上的得到函数f(x,y)的频谱F(μ,υ)，F(μ,υ)与在所述第一汇聚焦点上的所述光学处理元件2上的处理函数H(μ,υ)做相乘处理，处理的目的是改变输入函数频谱F(μ,υ)的振幅和相位，形成所述第三光束8，然后经过所述出射光栅102进行光学傅立叶逆变换，得到处理后的函数g(x,y)，形成所述第四光束9。写成关系式如下：

g(x,y)＝F^-1{F{f(x,y)}·H(μ,υ)}

进一步地，所述光学处理元件为滤波器。

具体为，带有信息的第一光束6以预设的入射角照射到所述入射光栅 101上，所述第一光束6经过所述入射光栅101后发生衍射形成第二光束 7，所述入射光栅101是具有傅立叶变换性质的光栅，即第二光束7是第一光束6经过傅立叶变换所得。同时，入射光栅101将所述第二光束7耦合输入到所述光波导3内，所述第二光束7可以在所述光波导3中以全反射的形式传输。

所述光学处理元件2为设置于所述光波导3表面上的滤波器，所述滤波器对照射到其上的所述第二光束7进行滤波处理，处理之后形成第三光束 8，所述第三光束8继续在所述光波导3中传输，并照射到所述出射光栅102 上，所述第三光束8照射到所述出射光栅102上以后发生衍射形成所述第四光束9，所述出射光栅102也是具有傅立叶变换性质的光栅，即，所述第四光束9是对所述第三光束8做傅立叶逆变换所得，同时，所述出射光栅102 将所述第四光束9耦合输出到所述光波导3外。

例如，所述第一光束6携带的信息用函数f(x,y)表示，则函数f(x,y)经过入射光栅101实现光学傅立叶变换，形成所述第二光束7，所述第二光束7在其所述第一汇聚焦点上的得到函数f(x,y)的频谱F(μ,υ)，F(μ,υ)与在所述第一汇聚焦点上的所述滤波器上的滤波函数L(μ,υ)做相乘处理，处理的目的是改变输入函数频谱F(μ,υ)的振幅和相位，形成所述第三光束 8，然后经过所述出射光栅102进行光学傅立叶逆变换，得到滤波后的函数g(x,y)，形成所述第四光束9。写成关系式如下：

g(x,y)＝F^-1{F{f(x,y)}·L(μ,υ)}

进一步地，所述入射光栅为透射式汇聚光栅或反射式汇聚光栅，所述出射光栅为透射式汇聚光栅或反射式汇聚光栅。

具体为，如图4 所示，带有信息的第一光束6以预设的入射角照射到所述入射光栅101上，所述入射光栅101为透射式汇聚光栅，所述第一光束6 经过所述入射光栅101后发生衍射形成第二光束7，同时，入射光栅101将所述第二光束7以透射的形式耦合输入到所述光波导3内，所述第二光束7 可以在所述光波导3中以全反射的形式传输，并汇聚在所述光波导3的表面上的第一汇聚焦点上。

所述光学处理元件2设置于所述光波导3表面，所述光学处理元件2对照射到其上的所述第二光束7进行处理，处理之后形成第三光束8，所述第三光束8继续在所述光波导3中传输，并照射到所述出射光栅102上，所述出射光栅102为透射式汇聚光栅，所述第三光束8照射到所述出射光栅102 上以后发生衍射形成所述第四光束9，同时，所述出射光栅102将所述第四光束9以透射的形式耦合输出到所述光波导3外。

要说明的是，上述示例性方法中所述入射光栅为透射式汇聚光栅，所述出射光栅为透射式汇聚光栅，而在实际应用中不限于此，所述入射光栅和所述出射光栅具体为透射式汇聚光栅还是反射式汇聚光栅可以视情况而定。

进一步地，所述系统还包括：

信息加载器和采集器，所述信息加载器设置于所述入射光栅的焦平面上，用于调制光源光束形成所述第一光束，使所述第一光束带有光信息；所述采集器设置于所述出射光栅的焦平面上，用于采集处理后的光信息。

具体的，如图4 所示，平行光源照射到信息加载器4上，所述信息加载器4设置于所述入射光栅的焦平面上，经过所述信息加载器4调制后形成第一光束6，其中所述平行光源在图4 中未画出，所述平行光源不携带信息，经过所述信息加载器4调制后形成的第一光束6为携带信息的光束。所述信息加载器4用于给光源加载信息，形成带有信息的第一光束6，例如，空间光调制器，物体透明片等。

带有信息的第一光束6以预设的入射角照射到所述入射光栅101上，所述第一光束6经过所述入射光栅101后发生衍射形成第二光束7，同时，入射光栅101将所述第二光束7耦合输入到所述光波导3内，所述第二光束7 可以在所述光波导3中以全反射的形式传输。

所述光学处理元件2设置于所述光波导3表面，所述光学处理元件2对照射到其上的所述第二光束7进行处理，处理之后形成第三光束8，所述第三光束8继续在所述光波导3中传输，并照射到所述出射光栅102上，所述第三光束8照射到所述出射光栅102上以后发生衍射形成所述第四光束9，同时，所述出射光栅102将所述第四光束9耦合输出到所述光波导3外。

所述第四光束9耦合输出到所述光波导3外以后，以平行光的形式照射到采集器5上，所述采集器5设置于所述出射光栅的焦平面上，所述采集器 5可以为投影板，所述第四光束9投射到所述投影板上显示光信息，以供人眼观看。所述采集器5也可以为电荷耦合元件(Charge-coupled Device，简称CCD)采集器，所述CCD采集器采集到所述第四光束9中的信息，通过其他显示设备显示，以供人眼观看。

本发明实施例提供的基于微纳全息光波导的光学处理系统，通过将入射光栅、光学处理元件和出射光栅分别设置于光波导表面，用入射光栅对第一光束做傅立叶变换形成第二光束，并将第二光束耦合输入到光波导内，然后用光学处理元件处理第二光束形成第三光束，再用出射光栅对第三光束做傅立叶逆变换形成第四光束，并将第四光束耦合输出到光波导外，从而实现对光信号的光学处理。依照本发明实施例的光学处理系统设计紧凑，体积小，重量轻，不容易受环境噪声的干扰。

实施例4：

本实施例与实施例3基本相同，为了描述的简要，在本实施例的描述过程中，不再描述与实施例3相同的技术特征，仅说明本实施例与实施例3不同之处：

进一步地，所述光学处理元件为校正器。

具体为，如图4所示，带有信息的第一光束6以预设的入射角照射到所述入射光栅101上，所述第一光束6经过所述入射光栅101后发生衍射形成第二光束7，所述入射光栅101是具有傅立叶变换性质的光栅，即第二光束7是第一光束6经过傅立叶变换所得。同时，入射光栅101将所述第二光束 7耦合输入到所述光波导3内，所述第二光束7可以在所述光波导3中以全反射的形式传输。

所述光学处理元件2为设置于所述光波导3表面上的校正器，所述校正器对照射到其上的所述第二光束7进行校正处理，处理之后形成第三光束 8，所述第三光束8继续在所述光波导3中传输，并照射到所述出射光栅102 上，所述第三光束8照射到所述出射光栅102上以后发生衍射形成所述第四光束9，所述出射光栅102也是具有傅立叶变换性质的光栅，即，所述第四光束9是对所述第三光束8做傅立叶逆变换所得，同时，所述出射光栅102 将所述第四光束9耦合输出到所述光波导3外。

例如，所述第一光束6携带的信息用函数f(x,y)表示，则函数f(x,y)经过入射光栅101实现光学傅立叶变换，形成所述第二光束7，所述第二光束7在其所述第一汇聚焦点上的得到函数f(x,y)的频谱F(μ,υ)，F(μ,υ)与在所述第一汇聚焦点上的所述校正器上的校正函数J(μ,υ)在相乘处理，处理的目的是改变输入函数频谱F(μ,υ)的振幅和相位，形成所述第三光束8，然后经过所述出射光栅102进行光学傅立叶逆变换，得到校正后的函数 g(x,y)，形成所述第四光束9。写成关系式如下：

g(x,y)＝F^-1{F{f(x,y)}·J(μ,υ)}

本发明实施例提供的基于微纳全息光波导的光学处理系统，通过将入射光栅、光学处理元件和出射光栅分别设置于光波导表面，用入射光栅对第一光束做傅立叶变换形成第二光束，并将第二光束耦合输入到光波导内，然后用光学处理元件处理第二光束形成第三光束，再用出射光栅对第三光束做傅立叶逆变换形成第四光束，并将第四光束耦合输出到光波导外，从而实现对光信号的光学处理。依照本发明实施例的光学处理系统设计紧凑，体积小，重量轻，不容易受环境噪声的干扰。

实施例5：

本实施例与实施例3基本相同，为了描述的简要，在本实施例的描述过程中，不再描述与实施例3相同的技术特征，仅说明本实施例与实施例3不同之处：

图5为依照本发明另一实施例的光学处理系统示意图，如图5所示，光源为发散光源，入射光栅101为透射式汇聚光栅，出射光栅102为透射式汇聚光栅，所述入射光栅101和所述出射光栅分别位于所述光波导3的两侧。

发散光源照射到信息加载器4上，所述信息加载器4设置于所述入射光栅的焦平面上，经过所述信息加载器4调制后形成第一光束6，所述发散光源不携带信息，经过所述信息加载器4调制后形成的第一光束6为携带信息的光束。

带有信息的第一光束6以预设的入射角照射到所述入射光栅101上，所述第一光束6经过所述入射光栅101后发生衍射形成第二光束7，同时，入射光栅101将所述第二光束7以透射的方式耦合输入到所述光波导3内，所述第二光束7可以在所述光波导3中以全反射的形式传输。

所述光学处理元件2设置于所述光波导3表面，所述光学处理元件2对照射到其上的所述第二光束7进行处理，处理之后形成第三光束8，所述第三光束8继续在所述光波导3中传输，并照射到所述出射光栅102上，所述第三光束8照射到所述出射光栅102上以后发生衍射形成所述第四光束9，同时，所述出射光栅102将所述第四光束9以透射的形式耦合输出到所述光波导3外。

所述第四光束9耦合输出到所述光波导3外以后，以平行光的形式照射到采集器5上，所述采集器5设置于所述出射光栅的焦平面上，所述采集器 5显示光信息。

本发明实施例提供的基于微纳全息光波导的光学处理系统，通过将入射光栅、光学处理元件和出射光栅分别设置于光波导表面，用入射光栅对第一光束做傅立叶变换形成第二光束，并将第二光束耦合输入到光波导内，然后用光学处理元件处理第二光束形成第三光束，再用出射光栅对第三光束做傅立叶逆变换形成第四光束，并将第四光束耦合输出到光波导外，从而实现对光信号的光学处理。依照本发明实施例的光学处理系统设计紧凑，体积小，重量轻，不容易受环境噪声的干扰。

实施例6：

本实施例与实施例3基本相同，为了描述的简要，在本实施例的描述过程中，不再描述与实施例3相同的技术特征，仅说明本实施例与实施例3不同之处：

图6为依照本发明再一实施例的光学处理系统示意图，如图6所示，光源为发散光源，入射光栅101为透射式汇聚光栅，出射光栅102为反射式汇聚光栅，所述入射光栅101和所述出射光栅分别位于所述光波导3的两侧。

发散光源照射到信息加载器4上，所述信息加载器4设置于所述入射光栅的焦平面上，经过所述信息加载器4调制后形成第一光束6，所述发散光源不携带信息，经过所述信息加载器4调制后形成的第一光束6为携带信息的光束。

带有信息的第一光束6以预设的入射角照射到所述入射光栅101上，所述第一光束6经过所述入射光栅101后发生衍射形成第二光束7，同时，入射光栅101将所述第二光束7以透射的方式耦合输入到所述光波导3内，所述第二光束7可以在所述光波导3中以全反射的形式传输。

所述光学处理元件2设置于所述光波导3表面，所述光学处理元件2对照射到其上的所述第二光束7进行处理，处理之后形成第三光束8，所述第三光束8继续在所述光波导3中传输，并照射到所述出射光栅102上，所述第三光束8照射到所述出射光栅102上以后发生衍射形成所述第四光束9，同时，所述出射光栅102将所述第四光束9以反射的形式耦合输出到所述光波导3外。

所述第四光束9耦合输出到所述光波导3外以后，以平行光的形式照射到采集器5上，所述采集器5设置于所述出射光栅的焦平面上，所述采集器 5显示光信息。

本发明实施例提供的基于微纳全息光波导的光学处理系统，通过将入射光栅、光学处理元件和出射光栅分别设置于光波导表面，用入射光栅对第一光束做傅立叶变换形成第二光束，并将第二光束耦合输入到光波导内，然后用光学处理元件处理第二光束形成第三光束，再用出射光栅对第三光束做傅立叶逆变换形成第四光束，并将第四光束耦合输出到光波导外，从而实现对光信号的光学处理。依照本发明实施例的光学处理系统设计紧凑，体积小，重量轻，不容易受环境噪声的干扰。

实施例7：

本实施例与实施例3基本相同，为了描述的简要，在本实施例的描述过程中，不再描述与实施例3相同的技术特征，仅说明本实施例与实施例3不同之处：

图7为依照本发明又一实施例的光学处理系统示意图，如图7所示，光源为发散光源，入射光栅101为反射式汇聚光栅，出射光栅102为透射式汇聚光栅，所述入射光栅101和所述出射光栅分别位于所述光波导3的两侧。

发散光源照射到信息加载器4上，所述信息加载器4设置于所述入射光栅的焦平面上，经过所述信息加载器4调制后形成第一光束6，所述发散光源不携带信息，经过所述信息加载器4调制后形成的第一光束6为携带信息的光束。

带有信息的第一光束6以预设的入射角照射到所述入射光栅101上，所述第一光束6经过所述入射光栅101后发生衍射形成第二光束7，同时，入射光栅101将所述第二光束7以反射的方式耦合输入到所述光波导3内，所述第二光束7可以在所述光波导3中以全反射的形式传输。

所述光学处理元件2设置于所述光波导3表面，所述光学处理元件2对照射到其上的所述第二光束7进行处理，处理之后形成第三光束8，所述第三光束8继续在所述光波导3中传输，并照射到所述出射光栅102上，所述第三光束8照射到所述出射光栅102上以后发生衍射形成所述第四光束9，同时，所述出射光栅102将所述第四光束9以透射的形式耦合输出到所述光波导3外。

所述第四光束9耦合输出到所述光波导3外以后，以平行光的形式照射到采集器5上，所述采集器5设置于所述出射光栅的焦平面上，所述采集器 5显示光信息。

本发明实施例提供的基于微纳全息光波导的光学处理系统，通过将入射光栅、光学处理元件和出射光栅分别设置于光波导表面，用入射光栅对第一光束做傅立叶变换形成第二光束，并将第二光束耦合输入到光波导内，然后用光学处理元件处理第二光束形成第三光束，再用出射光栅对第三光束做傅立叶逆变换形成第四光束，并将第四光束耦合输出到光波导外，从而实现对光信号的光学处理。依照本发明实施例的光学处理系统设计紧凑，体积小，重量轻，不容易受环境噪声的干扰。

实施例8：

本实施例与实施例3基本相同，为了描述的简要，在本实施例的描述过程中，不再描述与实施例3相同的技术特征，仅说明本实施例与实施例3不同之处：

图8为依照本发明又一实施例的光学处理系统示意图，如图8所示，光源为平行光源，入射光栅101为反射式汇聚光栅，出射光栅102为反射式汇聚光栅，所述入射光栅101和所述出射光栅102分别位于所述光波导3的两端，所述入射光栅101和所述出射光栅102不平行。

平行光源照射到信息加载器4上，平行光源在图中未画出，所述信息加载器4设置于所述入射光栅的焦平面上，经过所述信息加载器4调制后形成第一光束6，所述平行光源不携带信息，经过所述信息加载器4调制后形成的第一光束6为携带信息的光束。

带有信息的第一光束6以预设的入射角照射到所述入射光栅101上，所述第一光束6经过所述入射光栅101后发生衍射形成第二光束7，同时，入射光栅101将所述第二光束7以反射的方式耦合输入到所述光波导3内，所述第二光束7可以在所述光波导3中以全反射的形式传输。

所述光学处理元件2设置于所述光波导3表面，所述光学处理元件2对照射到其上的所述第二光束7进行处理，处理之后形成第三光束8，所述第三光束8继续在所述光波导3中传输，并照射到所述出射光栅102上，所述第三光束8照射到所述出射光栅102上以后发生衍射形成所述第四光束9，同时，所述出射光栅102将所述第四光束9以反射的形式耦合输出到所述光波导3外。

所述第四光束9耦合输出到所述光波导3外以后，以平行光的形式照射到采集器5上，所述采集器5设置于所述出射光栅的焦平面上，所述采集器 5显示光信息。

本发明实施例提供的基于微纳全息光波导的光学处理系统，通过将入射光栅、光学处理元件和出射光栅分别设置于光波导表面，用入射光栅对第一光束做傅立叶变换形成第二光束，并将第二光束耦合输入到光波导内，然后用光学处理元件处理第二光束形成第三光束，再用出射光栅对第三光束做傅立叶逆变换形成第四光束，并将第四光束耦合输出到光波导外，从而实现对光信号的光学处理。依照本发明实施例的光学处理系统设计紧凑，体积小，重量轻，不容易受环境噪声的干扰。

实施例9：

本实施例与实施例3基本相同，为了描述的简要，在本实施例的描述过程中，不再描述与实施例3相同的技术特征，仅说明本实施例与实施例3不同之处：

图9为依照本发明又一实施例的光学处理系统示意图，如图9所示，光源为平行光源，入射光栅101为透射式汇聚光栅，出射光栅102为透射式汇聚光栅，所述入射光栅101和所述出射光栅102分别位于所述光波导3的两端，所述入射光栅101和所述出射光栅102不平行。

平行光源照射到信息加载器4上，平行光源在图中未画出，所述信息加载器4设置于所述入射光栅的焦平面上，经过所述信息加载器4调制后形成第一光束6，所述平行光源不携带信息，经过所述信息加载器4调制后形成的第一光束6为携带信息的光束。

带有信息的第一光束6以预设的入射角照射到所述入射光栅101上，所述第一光束6经过所述入射光栅101后发生衍射形成第二光束7，同时，入射光栅101将所述第二光束7以透射的方式耦合输入到所述光波导3内，所述第二光束7可以在所述光波导3中以全反射的形式传输。

所述光学处理元件2设置于所述光波导3表面，所述光学处理元件2对照射到其上的所述第二光束7进行处理，处理之后形成第三光束8，所述第三光束8继续在所述光波导3中传输，并照射到所述出射光栅102上，所述第三光束8照射到所述出射光栅102上以后发生衍射形成所述第四光束9，同时，所述出射光栅102将所述第四光束9以透射的形式耦合输出到所述光波导3外。

所述第四光束9耦合输出到所述光波导3外以后，以平行光的形式照射到采集器5上，所述采集器5设置于所述出射光栅的焦平面上，所述采集器 5显示光信息。

本发明实施例提供的基于微纳全息光波导的光学处理系统，通过将入射光栅、光学处理元件和出射光栅分别设置于光波导表面，用入射光栅对第一光束做傅立叶变换形成第二光束，并将第二光束耦合输入到光波导内，然后用光学处理元件处理第二光束形成第三光束，再用出射光栅对第三光束做傅立叶逆变换形成第四光束，并将第四光束耦合输出到光波导外，从而实现对光信号的光学处理。依照本发明实施例的光学处理系统设计紧凑，体积小，重量轻，不容易受环境噪声的干扰。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种基于微纳全息光波导的光学处理方法，其特征在于，包括：

接收第一光束，利用入射光栅对所述第一光束做傅立叶变换形成第二光束，并将所述第二光束耦合输入到光波导内；

所述第二光束在所述光波导内传输；

对所述第二光束进行滤波处理或校正处理，形成第三光束；

所述第三光束在所述光波导内传输；

利用出射光栅对所述第三光束做傅立叶逆变换形成第四光束，并将所述第四光束耦合输出到光波导外。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

将光学处理元件设置于所述第二光束在所述光波导表面上形成的第一汇聚焦点上，将所述光学处理元件设置于所述第三光束在所述光波导表面上形成的第二汇聚焦点上，所述第一汇聚焦点与所述第二汇聚焦点重合。

3.一种基于微纳全息光波导的光学处理系统，其特征在于，包括：

光波导、入射光栅、光学处理元件、出射光栅；其中，所述入射光栅设置于所述光波导表面，用于接收第一光束，对所述第一光束做傅立叶变换形成第二光束，并将所述第二光束耦合输入到所述光波导内；所述光学处理元件设置于所述光波导表面，用于对所述第二光束进行滤波处理或校正处理，形成第三光束；所述光波导是所述第二光束和所述第三光束传输的介质；所述出射光栅设置于所述光波导表面，用于对所述第三光束做傅立叶逆变换形成第四光束，并将所述第四光束耦合输出到所述光波导外。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述入射光栅为汇聚光栅，所述出射光栅为汇聚光栅。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述光学处理元件设置于所述第二光束在所述光波导表面上形成的第一汇聚焦点上，所述光学处理元件设置于所述第三光束在所述光波导表面上形成的第二汇聚焦点上，所述第一汇聚焦点与所述第二汇聚焦点重合。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述光学处理元件为滤波器。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述光学处理元件为校正器。

8.根据权利要求3-7任一项所述的系统，其特征在于，所述入射光栅为透射式汇聚光栅或反射式汇聚光栅，所述出射光栅为透射式汇聚光栅或反射式汇聚光栅。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，还包括：

信息加载器和采集器，所述信息加载器设置于所述入射光栅的焦平面上，用于调制光源光束形成所述第一光束，使所述第一光束带有光信息；所述采集器设置于所述出射光栅的焦平面上，用于采集处理后的光信息。