撰稿人 | 丁旭旻
論文題目 | 基于傅裡葉特性的超構表面全息圖像變換
Metasurface Holographic Image Projection based on Mathematical Properties of Fourier Transform
作者 | 丁旭旻，王卓超，胡光維，劉儉，張狂，李浩宇，Badreddine Ratni, Shah Nawaz Burokur, 吳群，譚久彬，仇成偉*
導讀
本文從超構表面電場分布與散射場的傅裡葉變換關系出發，通過在頻域中對超構表面進行調制，實作時域中散射場的指定變換，避免了全息圖的重新仿真搭建。且該模拟運算避免了數字化采樣等一系列複雜的操作和裝置，為實作可以進行傅裡葉變換和更廣闊的數學運算電磁表面提供新的思路。
研究背景
超構表面，作為由亞波長尺寸的單元結構建構的二維表面，可實作對電磁波的精準調控，同時擺脫了傳統光學裝置的複雜加工工藝要求以及較大體積尺寸的缺陷。随着科學計算和加工工藝的發展，超構表面的研究在近階段得到了迅猛的發展。基于其突出的電磁波調控能力，本論文中利用惠更斯超構表面作為輸入平面波的傅裡葉變換運算器，并根據傅裡葉變換特性對圖像進行調控。
技術突破
利用惠更斯超構表面實作對透射波的高幅值全相位調控，即通過設計單元結構中的電流元與磁流元，實作在透射幅值不低于0.9條件下的全透射相位變化，保證了後續重構圖像的高分辨率、高效率和超低噪聲，為高性能的全息技術提供了可能。本論文從系統函數的角度分析惠更斯超構表面對電磁場的調控，即将惠更斯超構表面視為對輸入信号(入射場)進行調整的模拟傅裡葉變換運算器，以得到所需的輸出信号(散射場)。利用傅裡葉變換的基本特性，實作了圖像的自旋，角度投射以及角度縮放這三個操作。該設計思路不局限于以上特定的操作，可結合傅裡葉變換的性質，對初始圖像進行更多形式的變換。此外，根據此方法可以實作快速并行模拟運算，滿足複雜且高資料輸出率的運算需求。
圖1 基于傅裡葉變換旋轉不變性，平移以及尺度變換特性實作圖像變換
主要作者介紹
仇成偉，新加坡國立大學電子與計算機工程系“院長講席教授”。研究方向為電磁散射理論，結構表面和結構光場，以及光力操控，(光學、聲學、熱學)超材料與超表面，低維材料光電子材料與器件。已在Science，Nature，Nature Nanotechnology，Nature Materials，Nature Photonics，Light: Science and Applications，PNAS，PRL等期刊發表論文300餘篇。2019年Clarivate Analytics高被引學者。現任eLight雜志(Springer Nature 和長春光機所聯合創辦)創刊主編。
譚久彬，中國工程院院士，教授、博士生導師，哈爾濱工業大學精密儀器工程研究院院長，超精密儀器及智能化工信部重點實驗室主任。兼任國家計量戰略專家咨詢委員會副主任，國際測量與儀器委員會(ICMI)常務委員、中國儀器儀表學會副理事長等。
劉儉，哈爾濱工業大學儀器科學與工程學院院長，教授，博士生導師。從事光學顯微測量及應用光學技術研究，2018年入選中青年創新領軍人才計劃，2017年獲得黑龍江省傑出青年基金支援。
丁旭旻，副教授，哈爾濱工業大學。
本文出處
論文連結：
https://photonix.springeropen.com/articles/10.1186/s43074-020-00016-8
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