[发明专利]一种用于超晶格非线性成像过程的迂回编码设计方法

权利要求书

1.一种用于超晶格非线性成像过程的迂回编码设计方法，其特征在于：所述方法基于局域准相位匹配理论，针对基波沿晶体极化方向入射的二次谐波产生过程，根据不规则目标图像反向推出非线性光在超晶格表面出射处的光场分布，并且利用迂回相位效应设计超晶格的铁电畴排布，包括增加对场分布中相位信息的编码表示，设置晶格结构图中单元格的精度值s与s×s个电畴对应，再将场分布图中每个像素点与元胞对应，利用二值化填充的元胞函数即可得到相应的晶格结构函数以及重构图像；包括如下步骤：

(1)设置晶体参数和入射基波与出射倍频波的相关参数，包括晶体的非线性系数d₃₃、基频沿晶体极化方向入射涉及到的oo-o过程的折射率n(ω)，设置出射倍频波频率ω₂＝2ω₁，基波与倍频波在真空与介质中的波矢表示如下：

其中，k_o1为真空中o光的基波波矢，ω₁为基波频率；k_o2为真空中o光的倍频波矢，ω₂为倍频频率；k_n1为晶体中o光的基波波矢，n(ω₁)为基波在晶体中的折射率；k_n2为晶体中o光的倍频波矢，n(ω₂)为倍频在晶体中的折射率；

(2)读入需要倍频的目标图像E₀，提取其中的强度信息，并离散处理为不同强度聚焦点的集合，得到与目标图像对应的场分布矩阵E₀(x,y)；然后根据局域准相位匹配理论，对从像面到晶体面的点光源场强进行衍射叠加，将焦距值f_z以及基波和倍频的波矢k_o1、k_o2、k_n1、k_n2代入计算，得到对应理想的结构函数F(x,y)；

(3)对步骤(2)中所得到的理想的结构函数F(x,y)进行幅值和相位的归一化处理；

(4)输入元胞精度值s，将步骤(2)中所得到的理想的结构函数F(x,y)划分点阵为s×s，每个点阵对应二值化填充的元胞函数hol_(x,y)(m,n)，其表达式如下：

其中，点阵位置(m,n)对应真实位置为

(5)根据步骤(4)所得的元胞函数hol_(x,y)(m,n)，得到实际结构函数f(x',y')，表达式如下：

f(x',y')＝hol_(x,y)(m,n)

其中，坐标(x',y')对应的真实位置为

(6)对基波与晶体相互作用的倍频过程进行模拟，结合局域准相位匹配理论得到预设成像面处重构图像的场分布E_c。

2.根据权利要求1所述的用于超晶格非线性成像过程的迂回编码设计方法，其特征在于，步骤(2)所述的理想的结构函数表达式如下：

其中，r(x,y)为二维空间坐标，表示衍射距离；C_i与n两个参数与目标图像场分布矩阵E₀(x,y)相关，目标图像看作多个聚焦点的集合，C_i表示第i个聚焦点的强度；n则表示倍频波聚焦位置处聚焦点的数量。

3.根据权利要求1所述的用于超晶格非线性成像过程的迂回编码设计方法，其特征在于，步骤(3)中理想的结构函数F(x,y)进行幅值和相位的归一化处理具体过程如下：

Ph(x,y)＝angle[F(x,y)] 。

4.根据权利要求1所述的用于超晶格非线性成像过程的迂回编码设计方法，其特征在于，步骤(6)中预设成像面处重构图像的场分布E_c表达式如下：

其中，K为耦合常数，a为图片像素大小，E₁为基波场强，取值为1。