基于数字全息显微术的光纤连接器端面形貌检测技术

根据光纤连接器端面检测的要求,设计了运用数字全息显微术测量光纤连接器端面检测的光学系统和相应的再现方法.实验表明:该方法获得的结果清晰,可对光纤连接器端面的几何参数(如端面半径、球面顶点偏芯度和纤芯高度等)进行检测,同时可以重构端面的三维形貌.     

余弦拟合消除相移误差在显微数字全息术中的应用

分析了在常用的四步相移中相移误差对相位重构造成的误差,给出了相移误差与相位重构误差的关系式,提出了通过干涉条纹的拟合来计算相移误差的方法,并将该方法应用于数字显微全息术测量细胞相位的实验中,得到了比较理想的细胞三维形貌.与不进行修正的结果相比较,发现相移误差造成的周期性相位重构误差,在使用后被明显地减少了,表明此方法是有效的.考虑到大多数全息图的干涉条纹比较容易识别,而且比较规则,因此该方法有比较好的通用性.     

一种离轴数字全息显微相位自动补偿方法

在离轴数字全息显微技术中,离轴光路往往在数字参考光重建过程中导致倾斜的相位畸变,严重影响重建质量.采用一种畸变相位自动补偿的方法,对数字全息重建过程进行研究.通过对全息图的频域图进行处理,找到+1级像和零级像所成角度的对应关系,利用多像素坐标计算,得到相应的倾斜数字参考光.利用倾斜的数字参考光进行数字重建,再通过对重建相位图进行二值化处理,利用最大连通区域判定找到最佳补偿相位,实现相位的自动补偿.实验证明方法效果较好,能实现自动消除一次相位畸变的功能.     

数字全息显微中的相位像差自动补偿算法

结合图像分割技术提出了一种用于数字全息显微成像的相位像差自动补偿算法.首先，采用最小二乘拟合算法对包含被测物体的解包裹相位图进行粗略的补偿，在此基础上，利用图像分割算法对其背景区域进行分割，获得不含被测物体的解包裹相位图.最后，对其进行最小二乘拟合从而实现相位像差的精确补偿.传统的数字全息显微技术需要通过手工检测背景区域来解决相位像差补偿的问题.然而，本文方法既不需要人工干预，也不需要光学设置的先验知识，即可实现相位像差的自动补偿.通过搭建的数字全息显微实验平台验证了所提算法的可行性和准确性.     

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．     

用DMD光学再现全息图的研究

构建了以电荷耦合器件(CCD)为全息记录设备,数字微反射器（DMD）为光学再现设备的数字全息系统.从计算全息图和CCD记录全息图两个方面研究了用DMD光学再现物光场.实验结果表明两种情况下DMD都能很好地再现出物光场,计算机制全息图的再现像质量要比CCD记录全息图的要好些.对CCD直接记录的全息图进行边缘锐化后,其再现像的对比度增强,再现质量得到显著改善.这些实验结果有利于该技术应用于实时干涉计量等工程领域,具有潜在的实用前景.     

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。     

基于参考物镜的数字全息显微相位畸变自动补偿

建立了参考物镜与数值拟合相结合的方法,对离轴数字全息显微系统的相位畸变进行补偿.因为物镜带来的光波曲率差异,预放大数字全息显微系统往往产生附加相位因子.在参考光路中引入相同参考物镜,利用物理方法初步消除因为曲率问题带来的相位畸变.参考物镜加入以后,相位畸变主要来自三个方面.衍射计算时使用数字模拟平面参考光,离轴结构存在空间角,产生一次相位畸变;实际记录到的全息图,参考物镜实验误差导致了残余二次相位畸变;光路中其他光学元件形成像差,无法获取正确的微结构三维形貌.数值上通过多项式对整个相位表面作曲面拟合,利用相位表面与该拟合曲面的差值,提取样品真实相位分布.只用一幅全息图,经过一次多项式拟合便实现了多次相位畸变的自动补偿.以USAF分辨率板作为微结构样品作形貌测量,验证了该方法的准确有效.     

基于Wigner分布的全息显示方法

Wigner分布函数能统一描述空间域和空间频率域,在计算机产生的体视全息图中,利用Wigner分布函数把序列图像的获取 (绘制 )几何、光场描述、全息光栅的计算与编码、振幅与相位的准确重构的数学模型,统一在多维函数下进行建模计算,形成一个针对体视全息图显示的一种计算模型。     

基于低相干光平面波照明的数字全息显微测量

提出将基于低相干光平面波照明的离轴数字全息显微方法应用于微纳表面测量,结合角谱算法,可在更近的距离以高分辨率重建由平面波记录的数字全息图.在发光二极管平面波照明全息实验中,通过单幅离轴全息图对标准刻线板进行了强度像和相位像的重建.在重建过程中,未发生频谱重叠的现象.对其三维表面形貌的评定结果显示重建的横向参数值与纵向参数值均与标准值具有很好的一致性.     

全息光学元件(HOE)用于光盘读写头设计

讨论了在光盘读写头设计中采用全息光学元件(HOE)及二极管激光器所涉及的技术问题及解决方法。双全息光学元件的应用可以校正二极管激光器输出的椭圆光束,可以补偿二极管激光输出波长变动对聚焦光斑的影响。采用光线追迹计算机模拟方法讨论了几种全息式光盘读写头结构。对双球面透镜双全息光学元件的读写头结构给出了实验结果。     

非均匀反射全息滤光片的调谐性能

从理论和实验两方面研究了反射全息滤光片的性能，结果表明，反射全息滤光片不仅具有高光密度（大于4D）和窄带宽，还具有很好的调谐性能，同时，对均匀介质和非均匀介质两种耦合液理论模型进行了比较分析，证明非均匀介质耦合波理论模型更加符合实验结果。     

球面波参考光数字全息光盘的容量

为优化球面波参考光路的各种参数,推导了球面波数字全息光盘存储容量与光路参数之间的关系,计算了球面波参考光各种参数对数字全息光盘容量的影响．     

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.     

用球面波确定曲率的TALBOT剪切干涉法

将Ｔａｌｂｏｔ效应与实验力学相结合，提出用斜入射的圆锥形扩散球面波通过衍射光栅产生的Ｔａｌｂｏｔ效应，测定板面曲率的剪切干涉云纹法。理论和实验表明：本方法不但从原理上概括了采用平面波的工作，而且在实践上把测试系统所需的光学元件减到最少，兼备了简易、灵活、实用等特点，对薄板的应力分析等有广阔的应用前景。     

一种新的测定流体质扩散系数的全息干涉图像处理方法

将基于傅里叶变换的相位检测原理应用于流体质扩散系数测量中的图像数据处理,提出了一种新的流体质扩散激光全息干涉条纹图像的处理方法．该方法由小波变换去噪、频域窗口滤波、全息图物像再现及最小二乘法相位展开等步骤组成．采用该方法对实验中采集的标准体系0．33mol／L KC1溶液在298．15K下与水的质扩散干涉条纹图像以及在不同温度下0．1mol／L蔗糖水溶液-水扩散系的扩散干涉条纹图像进行了处理,并通过与文献值的比较验证了该方法的准确性．该方法充分利用了全息图的相位信息,进一步提高了处理实验数据的精度,通过误差分析可知其理论精度可以达到0．1％,从而可为激光全息干涉法测量流体质扩散系数实验提供新的手段．     

Diffraction property of photorefractive volume grating in Ce:KNSBN for ordinarily polarized reading beam

The diffraction efficiency of volume grating written by two wave mixing in Ce:KNSBN photorefractive crystal versus the writing beam ratio for ordinarily polarized reading beam is experimentally studied. The result is different from that for the extraordinarily polarized reading beam. Then the modified coupled-wave theory is used to fit the experimental data. The theoretical results are coincident with the experimental data quite well. This research gives a significant support to the applications of Ce:KNSBN crystal in holographic recording and optical information processing.