题目：用散斑调制法实现光学混洗

　　光学系统以其固有的并行性和互连特性，适应于超高速度和超大容量数据处理的要求，应运而生的光互连技术，在计算机网络通讯，大规模的并行处理，神经网络技术及纯光学计算机的研制等领域具有广泛的应用前景。其中自由空间光互连是一种最基本的互连形式。典型的完全混洗光互连网络已能构造任意形式的互连网络来实现任意互连的特点更成为人们关注的焦点。 　　完全混洗光互连网络由两种形式：一般PS（perfect shuffle）光互连网络及FPS（folded perfect shuffle）光互连网络。其实现由两种途径：一种是利用自由空间传播的光学混洗，可用全息方法或经典的光学方法；另一种是利用光纤或集成光波导的混洗系统。激光散斑技术是一门随着激光的产生而兴起的新技术。起初，人们致力于消除其带来的诸多不便。自1968年，布奇和托卡斯基发现了散斑的有用价值后，该技术也得到了长足的发展，并与其他技术相结合，在天文学、干涉计量学、光信息处理、工程测量等领域已得到广泛的应用。散斑技术的应用实际上早已超出了近代光学的范畴。本论文基于以前对激光散斑技术的研究，把散斑技术同实现完全混洗光互连网络的第一种方法相结合，给出了一种新的实现完全混洗光互连网络的方法，提供了一种切实可行的光互连方案。目的在于，把散斑技术进一步推广应用于光互连这个前沿方向，利用光学互连的并行优势，设计以不变应万变的巧妙结构，从技术上为光互连元器件制作的突破及光互连方式的开拓提供一种新思路，为光互连网络从基础研究走向实际应用提供一定的实验基础。 　　本论文所作的工作主要有两部分：本文的第一部分详尽的论述了光互连和激光散斑技术的现状、应用及发展前景。总结了激光散斑技术应用于光学信息处理的共同特点：用随机分布的强度调制要处理的信号，这种调制使有用信息的频谱扩展到整个傅里叶平面。调制的最简单光路为透明片前放置一漫射体，激光照明漫射体，成像于干板上。其调制结果可用一斑纹噪音相乘模型来描述，即A（x，y）S（x，y），A（x，y）表待处理信号的强度分布。从随机抽样定理来看，一般信号都可视作限带的，只有散斑的结构特别精细，才会在调制阶段不严重损失象质，精细的结构还可以使信息有大的冗余，这样在相干处理系统的傅里叶频谱平面上有很宽的谱分布，信息大大的扩展开来。若在此面上加适当的空间滤波器对物谱的结构进行取舍、修改，就能完成对光信息的处理。基于此共同特点，首次提出把散斑技术应用于互连网络的光学实现。 　　在本文的第二部分，首先采用数学矩阵方法，讨论了光学系统的传输矩阵和完全混洗光互连网络的互连矩阵，从而从理论上，给出了实现光学互连网络的可行性，从经济及光系统结构的角度，讨论了光学处理器的设计。因为网络的矩阵描述为（输出）＝（互连矩阵）（输入），这同矩阵光学理论一致，即一个光学系统可以有一个传输矩阵来描述，该剧真把两个参考面之间的光线的输入输出关系联结起来，所以可用一光学系统实现完全混洗光互连网络；对1—DPS光互连网络光学系统的传输矩阵可用互连矩阵来表示，而对2—DPS光互连而言，对应于相互垂直方向上的两个互连矩阵；对2—DPS光互连，采用传输矩阵可以说明PS光互连网络光学实现的可行性，一次性的完成2—D的PS变幻；采用两个互连矩阵可以直接解释、验证PS光互连的实验结果。且能进行模拟计算，但完成PS变换的光系统结构庞大、不经济。其次，把散斑调制法应用于自由空间完全混洗光互连网络的实现，即用散斑调制输入信息，在4f相干处理系统的傅里叶平面上引入适当的相移实现典型的PS光互连网络和FPS光互连网络，其主要过程是：光学系统为4f相干处理系统。物体（负片）位于4f系统中前一透镜的前焦平面上，在物前加入毛玻璃，对物信息进行散斑调制，使得物的频谱在傅里叶频谱面上有一较大的展宽，把四块小楔按适当的方位放置在傅里叶的谱平面上，用来实现分束和相移。再由后一个透镜作第二次傅里叶变换后，通过位相调制在后一个透镜的后焦平面上可得到4个交错重叠在一起的像，便可实现伍的PS户联合FPS互连。 　　在实验中，记录了信号有散斑调制和无散斑调制的傅里叶平面频谱分布且进行了分析比较。利用以上方法，成功地实现了一级、二级PS和FPS光互连网络及他们的混合变换，结果表明：本文从技术上把散斑应用于光互连，简单易行且能得到满意的效果。然后需要注意的是：物的负片的反衬度要大；激光的功率、准直镜的光通量要适当；对毛玻璃表面粗糙度的要求是产生散斑的结构，不致严重损失物的信息。