本发明涉及光学成像领域，进一步涉及一种图像调整装置以及应用该装置进行的图像成像方法。
背景技术：
随着科技的发展，生物学成像、医学成像等对图像的要求越来越高，控制光学图像的能力对于生物学成像、医学成像等来说也越来越重要，而图像失真的原因主要是任何印在光上的图像在自由空间中传播时都会发生近轴衍射。因此，关于如何提高图像的分辨率是一个重要的课题。目前已有几种技术提出了解决方法，例如一种基于电磁感应透明和相干布居数囚禁(cpt)的技术，通过泵浦场的特殊空间结构被用来保护印在探测区域上的图像。而所有的这些方案和实验，其物理思想都是基于使用具有空间变化磁化率的介质。由于强耦合光束的空间分布，使介质沿横向不均匀分布，并导致介质的吸收和分散主要取决于强耦合光的强度和形状，成像效果不稳定。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种图像调整装置，以至少部分解决以上所述的技术问题。
(二)技术方案
根据本发明的一方面，提供一种图像调整装置，包括：
偏振片，用于通过一成像光，通过后形成互相垂直的控制光和探测光；
声光晶体，所述控制光通过声光晶体后失谐；
全息光栅，失谐后的控制光通过所述全息光栅，输出±1级的衍射波；
第一1/4波片，将所述±1级的衍射波转换为左旋圆偏振光束；
第二1/4波片，将所述探测光转换为右旋圆偏振光束；
铷蒸气室，所述左旋圆偏振光束从一端通过铷蒸气室，所述右旋圆偏振光束从另一端通过铷蒸气室，通过施加控制光，气室内的铷原子形成非物质凸透镜或凹透镜，使探测光上的图像通过铷腔后被缩小或放大。
在进一步的方案中，图像调整装置还包括：改变所述探测光光路方向的反射组镜，用于调整所述探测光光路方向与所述铷蒸气室的轴线平行。
在进一步的方案中，图像调整装置还包括半波片和第一偏振分束器，设置于所述探测光至铷蒸气室的光路上，用于控制所述探测光的功率。
在进一步的方案中，图像调整装置还包括第二偏振分束器，设置于所述控制光至铷蒸气室的光路上，用于控制所述控制光的功率。
在进一步的方案中，图像调整装置还包括小孔，设置于所述折射组镜和全息光栅之间。
在进一步的方案中，图像调整装置还包括相机，位于铷蒸气室能接收探测光的一侧，接收通过铷蒸气室后的控制光图像。
在进一步的方案中，所述铷蒸气室具有一中心轴，所述第一1/4波片和第二1/4波片均位于该中心轴。
根据本发明的另一方面，还提供一种应用上述的装置进行图像成像的方法，包括：根据输入的探测光的失谐，调节所述声光晶体，以调节控制光的失谐，以放大或缩小图像。
(三)有益效果
(1)发明的图像调制装置通过在铷原子气腔中非物质透镜调制图像的方法。
(2)该发明创造性的提出通过原子气中的非物质透镜产生真实图像的调制方法。
(3)该发明应用广泛，可以用来提高图像的分辨率和克服图像衍射的限制，是实现信息全光学处理的关键。
附图说明
图1为本发明实施例使用的85rb原子的能级图；
图2为本发明实施例简化的图像调制装置图(pbs：偏振分束器示意图)。
图3为本发明实施例的图像在不同的双光子和单光子失谐情况下调制的结果图(a和c中无控制光束，b和d中有控制光束。)
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
与以往的技术不同，本发明不使用具有任何特殊空间结构的控制光束，只是使用一种具有普通高斯模式的光束。本发明中描述了一种新的通过在原子气腔通过非物质透镜调制图像的方法，用实验的方法证明了在大失谐的λ型结构的原子系统中一个具有高斯模式的强控制光束可以用来改变探测频率处的折射率。通过这种方法，可以轻易地使光学图像放大或缩小，但同时其形状保持无明显变化。该发明可以用来提高图像的分辨率和克服图像衍射的限制，这些都是实现信息全光学处理的关键。
本发明的目的是针对现有基于使用具有空间变化极化率的介质的调制光学图像的方法，在不使用具有任何特殊空间结构的控制光束的情况下，提供一种通过在原子气室中非物质透镜调制图像的方法。原子气室中非物质透镜是利用在大失谐的λ型结构原子系统中的具有普通高斯模式的强控制光束，控制沿探测光束的径向方向上的折射率，使得光束中心处的折射率变得比光束边缘处的折射率大或者小，从而在原子气室中形成凸透镜或者凹透镜。通过这种方式，弱探测光束上的图像可以容易地放大或缩小，并且其形状能够同时保持无明显的变化。
在下文中，将提供一些实施例以详细说明本发明的实施方案。本发明的优点以及功效将通过本发明下述内容而更为显著。在此说明所附附图简化过且做为例示用。附图中所示的组件数量、形状及尺寸可依据实际情况而进行修改，且组件的配置可能更为复杂。本发明中也可进行其他方面的实践或应用，且不偏离本发明所定义的精神及范畴的条件下，可进行各种变化以及调整。
本发明实施例提出了一种通过在原子气室中非物质透镜调制图像的图像调整装置。该装置通过rb85的d2跃迁谱线进行描述，使用一个控制光束和一个探测光束将原子建立为与两个激光器相互作用的具有基态5s1/2(f＝3)和激发态5p3/2(f＝4)的两个塞曼子能级的一个三能级λ系统。
如图1所示，|1＞态、|3＞态和|2＞态分别表示基态、亚稳态和激发态。弱探测光作用于|3＞到|2＞的跃迁上；强控制光作用于|1＞到|2＞的跃迁上。δc是控制光束的频率与|1＞到|2＞的跃迁频率之间的失谐；δp是探测光束的频率与|3＞到|2＞的跃迁频率之间的失谐。
在δp＝-1110mhz和δc＝-1ghz的情况下，探测光束中心处的折射率变得比在光束边缘处的折射率大，铷腔内的铷原子形成非物质凸透镜，导致在探测光束上的聚焦。
在δp＝1110mhz和δc＝1ghz的情况下，探测光束中心处的折射率变得比在光束边缘处的折射率小，气室中的铷原子形成非物质凹透镜，导致在探测光束上的散焦。
本发明实施例的图像调整装置如图2所示。如图2所示，图像调整装置包括：
偏振片，用于通过一成像光，通过后形成互相垂直的控制光和探测光；
声光晶体，所述控制光通过声光晶体后失谐；
全息光栅，失谐后的控制光通过所述全息光栅，输出±1级的衍射波；
第一1/4波片，将所述±1级的衍射波转换为左旋或右旋圆偏振光束；
第二1/4波片，将所述探测光转换为与第一1/4波片转换的光束旋光性相反的圆偏振光束；
铷蒸气室，所述经过第一1/4波片的光束从一端通过铷蒸气室，所述通过第二1/4波片的光束从另一端通过铷蒸气室，通过施加控制光，气室内的铷原子形成非物质凸透镜或凹透镜，使探测光上的图像通过铷腔后被缩小或放大。
如图2所示，激光(成像光)从稳定的外腔型二极管激光器(dl100，toptica)发出(rb85原子的5s1/2(f＝3)→5p3/2(f＝4)跃迁)，波长为780nm，并且被分成两束相互垂直的线偏振光(控制光束和探测光束)。其中在气室前的两个1/4波片(第一1/4波片和第二1/4波片)将控制光束和探测光束分别转换成左旋圆偏振光束和右旋圆偏振光束。两个光束的功率由半波片(hwp)和第一偏振分束器(pbs)和第二偏振分束器(pbs)来控制。
探测光束通过固定调制频率为110mhz的aom传输后，使其对于控制光失谐δ＝±110mhz，以±1级衍射探测光束通过自制二阶全息光栅。全息光栅的+1级衍射波被输入到气室中。85rb气室的工作温度约为200℃，长度为5cm，内含纯的同位素rb85。
通过调整激光器的pzt偏移得到控制光束的频率与|1＞到|2＞的跃迁频率之间的失谐δc＝±1ghz。同时具有高斯模式的控制光束通过气室传播以减少噪声。
探测光束在离开腔时被偏振分束器分离开，最后通过常用的相机进行监测。由于δp＝±1110mhz的较大失谐，铷原子对探测光束没有吸收，使控制光束和探测光束平行通过气室。
本发明实施例中在一定的控制光束和探测光束的功率下，通过设置双光子失谐δ和单光子失谐δp的值，在施加一定失谐的控制光束后，使得气室内的铷原子形成非物质凸透镜或凹透镜，从而导致探测光上的图像通过铷腔后被缩小或放大，但其形状却保持无明显变化。非物质透镜的有效焦距可以通过改变原子密度或拉比频率控制光束和单光子失谐来调整。
本发明实施例中，通过调整半波片控制控制光束的功率，也会影响图像的尺寸。其中，随着控制功率的增加，图像尺寸变小；但当控制光束功率较大时，图像尺寸变化较小。
当设置失谐δ＝110mhz，δp＝1110mhz时，如图3a所示在没有控制光的情况下被ccd记录的探测光束的有效直径为554μm。如图3b所示，当施加控制光时，探测光束上的图像明显地发散，其有效直径为886μm，对应于有效焦距240mm。
相反的，当设置失谐δ＝-110mhz，δp＝-1110mhz时，如图3c所示在没有控制光的情况下由ccd记录的探测光束的有效直径仍然是554μm。图3d所示如果施加控制光，探测光束上的图像是聚焦的，图像的有效直径为329μm，对应的有效焦距为220mm。
另外，从图3中可以清楚地看到，在光传播通过室的过程中，探测光束的形状虽然被放大或缩小，但其形状保存得很好。
图3所示的数据表明了通过在原子气腔通过非物质透镜调制图像的方法的可行性。通过本发明可以轻易地使光学图像放大或缩小，同时不改变其形状。它可以用来提高图像的分辨率和克服图像衍射的限制，是实现信息全光学处理的关键。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。