离轴参考光计算全息图的制作

对离轴参考光计算全息图的制作进行了研究.基于光学离轴参考光全息原理,对全息干涉场的空间频谱进行分析,得出了离轴参考光全息图的相关参数;用计算机分别模拟物光波和参考光波,设计全息图的相关参数,采用快速傅里叶变换算法,通过计算得到离轴参考光计算全息图;用激光再现获得全息再现像.形成用计算机制作离轴参考光全息图的理论与方法,并进行了实验验证.     

处理双曝光数字全息的一种新方法

在分析传统双曝光全息术和常用数字全息干涉术不足的基础上,利用数字全息术在全息记录与数字处理方面的灵活性,提出了一种处理双曝光数字全息记录结果的新方法——差值数字全息法。该方法首先将记录物体变形前后物光波与参考光波干涉场的2个数字全息相减,形成差值数字全息;然后对差值数字全息直接进行模拟衍射再现,就可以得到物体变形前后2个物光波的高质量干涉条纹。与通常的双曝光数字全息干涉技术及叠加数字全息法相比较,差值数字全息法的优点在于,既不需要事先专门消除数字全息中的零级强度项,只需要一次再现过程,并且所得干涉条纹的质量较高。在给出处理双曝光数字全息干涉技术记录结果的叠加数字全息法和差值数字全息法原理之后,通过实验及对实验结果的对比证明了差值数字全息法的可行性与优越性。     

基因改性细菌视紫红质BR-D96N薄膜的偏振全息存储实验

采用透射式和反射式全息光路, 分别进行平行线偏振与正交线偏振记录, 对基因改性细菌视紫红质BR-D96N薄膜进行了偏振全息存储实验. 研究了两种偏振记录全息图的衍射光及散射光的偏振特性. 实验表明, 与平行偏振记录相比, 正交偏振记录可实现衍射光偏振状态与散射光偏振状态的分离, 易于滤除噪声, 提高读出图像的信噪比. 与用参考光再现相比, 用共轭参考光再现不仅能进一步提高再现图像的信噪比, 还能有效地消除记录物光路中位相物体引起的物光波前的畸变, 从而获得有较高保真度的再现图像. 此外, 在样品上进行了初步的角度复用体全息实验, 得到了无串扰、低噪声的结果.     

反射式离轴数字全息显微光强参数研究

为了探究光强参数对于反射式离轴数字全息显微再现像质量的影响,概述了数字全息显微技术的研究现状以及影响全息图再现像质量的因素,基于菲涅尔衍射积分,论述了离轴数字全息图的记录与再现像过程,分析了一定记录距离下物光和参考光光强比对于全息图再现像质量的影响。通过控制物光路以及参考光路中滤光片的滤光能力来实现不同的物参光强比,从而记录下标准分辨率板的反射式显微全息图并进行重构。其实验结果表明:在记录距离已知的情况下,物光和参考光的光强比对反射式显微全息图再现像质量有着显著影响。因此在保证其他实验条件不变的情况下,确定适当的物参光强比是提高全息图质量的关键。通过理论分析,确定了实验的记录距离,并对该记录距离下的频谱图进行分析,验证记录距离的正确性。在相同记录距离下进行不同物参光强比下的对比实验,确定了可以实现较好重构效果的物参光强比范围。实验结果亦为进一步研究基于反射式数字全息的三维重构提供了理论依据与技术条件。     

基于共轭光再现技术的可擦写式全息光存储实验系统的优化

将一种生物光致变色材料——基因改性细菌视紫红质BR-D96N薄膜为记录样品,进行了共轭参考光再现可擦写式全息图像存储实验,并将其结果与参考光再现实验结果进行了比较.利用相同光路,还进行了透射式和反射式全息存储实验,并进行了比较.实验结果表明,反射式全息比透射式全息图记录可以获得高的信噪比,但衍射效率较低;共轭参考光再现可以实现对波前畸变的补偿,并且与参考光再现光路相比,共轭参考光再现可以实时监测衍射图像的形成及变化过程.通过记录光和读出光光强的调整(再现光光强约为物光或参考光光强的1/1000),可以消除读出的破坏效应.同时还证明,BR-D96N薄膜具有响应速度快,感光灵敏度高,擦写次数高,空间分辨率高,稳定耐用,使用方便等显著优点,非常适合作为一种动态全息或全息缓存记录介质.     

数字全息再现像质的改善

基于数字全息基本理论,设计并建立了离轴反射式数字全息记录光路,对不透明骰子进行了记录,并采用菲涅耳近似法数值再现.从数字全息图的记录、零级衍射的消除、再现像的图像增强三个方面展开实验.实验结果表明,数字全息再现像的质量可以得到有效的改善.     

数字离轴全息实验系统及其零级像分析

针对数字全息术中记录介质分辨率制约物参光的最大夹角给实验系统搭建带来的问题，提出一种数字离轴全息记录系统．该系统是将低频全息衍射光栅作为分光元件引入数字全息系统，利用光栅衍射的0级和＋1／-1级形成离轴全息记录光路，同时对再现像中零级进行了理论分析，并进行实验研究实验结果证明了该系统的可行性，并且具有光路系统简单、操作容易等特点．     

基于数字全息术的实时光学全息显微分辨率分析

为了分析数字全息图记录和再现过程中影响再现像分辨率的因素,将空间光调制器与数字全息相结合,构建了实时光学三维显微系统.通过理论推导,得出了能够记录的物体大小和其分辨率之间的定量关系,同时也给出了最佳的参考光条件和最佳的记录距离;在此基础上,把USAF 1951鉴别率板的4个不同区域作为记录物体进行相应的实验.结果表明,实验与理论分析相吻合.     

数字全息显微术的记录及重建实验研究

对数字全息显微术原理、数字全息图的记录和重建算法进行了理论分析和实验研究. 构建了基于Mach-Zender干涉仪的离轴全息图记录光路,以分辨率板为目标进行了数字离轴全息显微图的采集,数字信号后处理以及振幅、位相分布的数值重建. 研究了基于菲涅耳衍射的数字重建算法,解决了数字参考光模拟,消除零级衍射和孪生像干扰及确定重建参数等问题,得到的再现像清晰. 研究表明,该技术可用于微观物体的位相分布测量.     

部分相干光复制全息图中的干涉条纹

讨论了滤光白光复制的全息图上可能出现黑色干涉条纹的原因和清除方法。它是由于接触复制过程中母全息片与复制全息片之间的微小间隙引起的。在复制过程中，母全息图再现出来的一对共轭像被同时记录到全息上，两全息片之间的微小间隙使得复制全息图将在全息处上再现出两个虚像波前，这两个虎像波前相互之间有一定平移，将相干叠加出现干涉条纹。消除干涉条纹的基本方法是消除再现出来的一对共轭像中的其中一个，这可以通过加大母全息图制作中物光与参光的夹角，以便充分利用全息记录介持的体积效应从而只再现出一个像，或适当调整复制照明光的角度，让母全息图再现出的原始像和共轭像一个很明亮，另一个很暗，从而使复制的全息图无干涉条纹。     

相干多径环境下的毫米波大规模MIMO混合波束赋形方案

针对传统全数字域的解相干算法无法直接运用于混合波束赋形场景的问题，设计了一种混合波束赋形下的解相干方案。在模拟域，基于设计的码本波束，提出一种新的模拟波束赋形方案,分别搜索与每个信号方向最为接近的波束，形成波束集合,利用所得到的波束集合，对阵列接收信号分别进行模拟波束赋形得到一级输出。在数字域，提出“阵列信号重构”的思想，对一级输出进行阵列信号重构,将重构信号作为输入，进行空间平滑处理，在相干干扰方向和非相干干扰方向均可形成较深的“零陷”。通过理论分析和仿真，对不同方案的波束方向图、信干噪比、频谱效率等性能进行了研究。结果表明，所提出的混合波束赋形方案的信干噪比和频谱效率等性能几乎逼近于纯数字波束赋形方案。     

基于4f系统的数字全息表面三维形貌恢复技术

提出一种用于表面三维形貌恢复的数字全息显微方法．通过记录经4f系统放大的物体实像的离轴菲涅尔数字全息图，由数字再现技术获得物体的放大像，由此计算出物体相位反差像，从而得到物体的微观形貌．实验结果表明当物体位于4f系统的前焦面时，可以消除相位信息中的附加相位因子，不需相位补偿即可获得准确的表面三维形貌信息．     

基于生成对抗网络的页岩三维数字岩芯构建

页岩油气藏孔隙结构复杂,岩芯获取困难,准确表征页岩储层孔隙结构是研究页岩储层内流体渗流规律的关键。基于真实页岩岩芯的三维聚焦离子束扫描图像,对原始生成对抗网络模型的结构重新设计,同时,为了保证重建结果可以充分反映页岩岩芯的孔隙结构信息,增大了训练样本的尺寸,以此训练生成模型,进而生成页岩三维数字岩芯,对比分析了重建数字岩芯和原始岩芯的孔隙度,并基于重建数字岩芯提取了孔隙网络模型,分析了页岩孔隙结构性质。结果显示,重建岩芯的孔隙度、孔隙空间结构、连通性以及孔隙喉道的配位关系与原始岩芯具有很高的一致性,由此验证了生成模型可以实现三维页岩数字岩芯的构建。最后,构建了多个页岩数字岩芯,计算了多个孔隙结构参数的均值及变化区间,证明了生成的数字岩芯具有稳定的孔隙空间特征,训练好的生成模型具有良好的稳定性。     

超分辨率数字图像特征提取及重构方法研究

当前超分辨率数字图像特征提取及重构方法容易受到外界环境的干扰,导致重构结果不可靠,重构图像质量较低。为此,提出一种新的超分辨率数字图像特征提取方法,通过BRISK描述子对超分辨率数字图像特征进行提取,以提高重构图像质量。详细分析了重构约束的构建过程;在此基础上,通过低分辨率数字图像与平滑性求解获取高分辨率数字图像,从而实现超分辨率数字图像的重构。实验结果表明,采用所提的新的超分辨率数字图像特征提取及重构方法对图像进行重构,不仅匹配性能高,而且重构图像质量优、效果佳。     

修正离轴参考光计算全息图的数值再现及像质评价研究

修正离轴参考光计算全息图制作方法中，博奇、黄氏及李维汉型三种计算全息图实质上是分别在全息图函数中加入新的偏置项，从而形成不同的全息图编码方式.由于这三种编码方式所加的偏置项不同，其对再现像质量的影响也不相同.本文将计算全息技术与数字全息技术相结合，实现了博奇、黄氏及李维汉型三种计算全息图的设计制作、数据处理、再现过程的全数字化.一方面，采用计算机对计算全息图进行数字化滤波，在频谱域消除虚像和零级像，得到了单一的清晰实像；另一方面，通过引入信噪比和图像亮度等参数指标，对以上三种计算全息图的再现像质量进行评价     

过程模拟法重建三维数字岩芯的准确性评价

由于利用X 射线CT 扫描获得反映真实岩石微观结构的三维数字岩芯过于昂贵和费时,因此,正确评价利用岩芯二维薄片图像重建三维数字岩芯的准确性具有重要理论和应用价值。采用过程模拟法,依据岩芯的二维薄片图像,通过模拟真实岩石的形成过程沉积过程,压实过程和成岩作用重建了三维数字岩芯,并且应用局部孔隙度分布函数和平均渗流概率函数进行了重建三维数字岩芯的准确性评价。结果表明：过程模拟法重建的三维数字岩芯与真实岩芯具有相同的均匀性和连通性,且重建三维数字岩芯与真实数字岩芯都是各向同性的。重建的三维数字岩芯不仅可以用来表征真实岩芯的孔隙结构,而且也可以作为其他岩石物理属性模拟的基础。     

无衍射光束自重建的两种方法

利用透镜聚焦法与障碍物重建法实现无衍射光束的自重建,对无衍射光束自重建的传播特性及其光强分布变化进行数值模拟.结果表明,利用聚焦透镜与障碍物都可以使无衍射光重建,但重建后的无衍射光束的中心光斑的光强都较重建前弱,且光斑半径较大,亮环也较稀疏.利用聚焦透镜实现重建,只要加另一透镜进行矫正,便可得到光束质量非常好的无衍射光,且无衍射距离较重建前更长.利用Bessel光经障碍物重建,无需借助额外的实验装置,便可方便地对粒子进行捕获,而且重建后的无衍射光经过障碍物可再重建.     

大口径非球面哈特曼扩束器的光学系统设计

根据三级像差理论 ,详细描述了大口径非球面哈特曼 (Hartmann)扩束器的设计方法 .为了校正大相对孔径透镜产生的像差 ,在扩束器的物镜中引用了高次非球面 ,并通过具体的实例 ,分析了当相对孔径变化时 ,非球面系数与系统像差的变化关系