摘要：全息成像基于干涉和衍射原理实现了对物体的振幅和相位信息的再现,得到了广泛的研究。超表面是人为设计的具有亚波长单元结构的新型材料,可以实现许多自然界中不具备的物理性质,可以通过超表面材料实现对电磁波相位和振幅的灵活调控,完成复杂的波前调控。超表面提升了传统空间光调制器在成像分辨率、成像效率、成像视场角等方面的性能。超表面材料的出现为研究太赫兹波段的全息成像提供了解决方案。首先介绍全息成像的基本光学原理,回顾近年来国内外对不同电磁波波段特别是太赫兹波段超表面全息成像中使用的算法的研究进展,介绍几种重要的超表面设计算法的基本原理和各种算法对成像效果的影响,并且对各种算法进行比较与总结,研究结果为选择太赫兹波段全息成像的超表面设计算法提供了参考。

摘要：超表面的设计与制造极大地推动了在片上紧凑光学系统中实现光场调控的应用。传统光学系统中的光学透镜、空间光调制器以及偏振光学元件虽具备光场调控的功能,但体积庞大、光场调控功能单一等因素限制了其应用。超表面为光场调控提供了新平台,有望解决传统光学元件和系统向微型化、集成化和多功能化发展的瓶颈。主要围绕超表面的多维度全息混合复用、二维/三维光场变换、矢量光场的产生与操控三方面进行介绍。最后,对超表面的未来发展趋势进行了展望。

摘要：针对单一相位调控方式无法实现圆偏振复用问题,使用矩形硅砖结构,通过复合传输相位和几何相位,设计了一种工作在1.55μm下可以实现圆偏振复用全息的超表面。仿真结果表明,分别在左旋圆偏振光和右旋圆偏振光照射下,在远场可以观测到两幅清晰的全息图像,透过效率分别为60.8%和61.5%,偏振转化效率分别为79.1%和78.7%。设计的圆偏振复用超表面具有微弱串扰、两通道独立设计以及设计简单等优点,并且超表面元件体积小、重量轻、易于集成,在信息复用、信息存储或编码、防伪等方面具有较大的应用潜力。

摘要：三维物体的空间结构复杂,光波场很难用具体的函数准确描述,三维显示非常困难。提出一种硅基微机电系统(MEMS)二维扫描平台与超表面元件集成的三维显示技术,利用视觉暂留特性,建立快速三维显示扫描片上结构,理论上实现了物像信息的三维图像的重构。利用层析法实现物体的三维显示,采用Gerchberg-Saxton(GS)算法获得单层二维图像单元相位值,建立基于几何相位原理的二维超表面结构,获得了二维全息平面像。依据空间、时间序列构建了由离散的多层超表面二维全息像形成的物体三维显示。结果表明:所获得的二维全息像峰值信噪比大于20 dB;所设计的片上二维扫描平台在0.1 s内能够完成9幅二维全息像的叠加,三维显示的帧率达11 frame/s。研究成果为快速调制的三维显示提供了微型化的系统级解决方案和理论模型。

摘要：为了实现对放射源的三维全息定位成像,本文研发并测试了核辐射全息定位成像系统。采用了4个全景式伽马相机构成了辐射探测系统,并进行了系统设计的优化;采用4个深度相机构成可见光全息成像系统;开发了基于最大似然期望最大化的三维图像重建算法及精确系统传输矩阵的生成算法。完成了实际系统的搭建,并利用^(57)Co单点源进行了系统定位偏差实验测试。实验结果显示:本系统能够实现核辐射-可见光场景三维全息融合定位成像,对^(57)Co单点源的平均定位偏差为18.37 mm。

摘要：基于Fresnel衍射理论分别对固定发射天线的点频毫米波全息成像雷达系统和PNNL设计的移动收发天线的点频毫米波全息成像系统建立了数学模型,确定了目标反演成像质量与发射天线增益方向图、传输空间距离、散射目标形状和接收天线增益方向图之间的关系.同时基于Fourier光学角谱理论和快速傅里叶变换算法,采用Matlab程序编制了仿真系统.采用该仿真系统比较了2种系统在不同距离下的成像效果.结果表明,该仿真系统无论在用于近距离的反恐成像还是用于远距离的目标侦测中具有良好的成像效果,同时还具有简单的系统结构,该工作为实际设计系统提供了便利.

摘要：针对超表面全息成像技术中存在的工作频段窄、近场成像效率低等问题,本文提出了消色散宽频超表面全息成像优化原理及模型,提出了基于深度图像先验的深度学习网络模型用于单目标的被动式超表面全息图设计,实现了消色散宽频超表面全息成像。数值仿真和实验结果均证明,所设计的全息成像器件可以在9 GHz~11 GHz频段内实现良好的消色散成像效果,在全息成像、宽频功能器件设计等领域具有极大的应用潜力。

摘要：为提高超表面的信息存储能力,从波长复用的角度出发,基于几何相位理论设计了一种由两种不同结构参数的椭圆纳米孔构成的超表面。利用时域有限差分法分析超表面的各参数的影响规律,通过超表面各个参数的调节,获得了530 nm和710 nm双工作波长下电磁波独立调控能力。并利用Gerchberg-Saxton算法对超表面的排布进行规划,利用该结果获得了同一位置双图像的呈现。530 nm处的成像图与原图像之间的均方误差约为0.082,710 nm处成像图与原图像之间的均方误差约为0.058,实现了超表面对于波长方面的双通道复用。

摘要：鉴于全息三维成像的独特优点,提出了一种新的尾流测量方法---全息成像测量.在对影响水下全息成像各种因素进行详细理论分析的基础上,自行设计了激光在尾流场的衰减实验和尾流全息成像试验.衰减实验表明,在气泡幕数密度一定的情况下,激光衰减率基本保持恒定;尾流全息成像利用双脉冲激光配合使用4F放大系统首次记录下了气泡幕的全息图像.实验表明,气泡幕全息成像效果良好,证明尾流参量的全息测量方法是可行的.