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.     

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.     

用二维全息光栅制作光学时钟分布中的全息光学元件

提出了用二维全息光栅制作自由空间光学时钟分布中的全息光学元件的方法.实验中采用类似于马赫 泽德干涉仪的光路;其中,物光为二维光栅中间的9个衍射级.分析了二维光栅各衍射级的衍射效率、位置及各衍射级之间的间距.初步实验得到了可产生二维3×3输出端的全息光学元件.理论分析表明,该全息光学元件可适用于3×3光敏面半径大于10μm的光探测器阵列.     

全息实时检测中零级衍射斑的消除

在全息流水线检测中,为了保证再现像细节的清晰再现,同时降低全息记录对CCD性能的要求,采用图像相减法消除离轴全息零级衍射斑,并对实际结果进行处理。实验表明,该方法简单快捷,并且在零级像和其他级次像严重重叠的情况下,也能较好地消除零级像的影响。因此可用于全息的实时检测,且不会造成信息丢失。     

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.     

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．     

离轴全息数字再现中零级衍射斑的消除

为了保证再现像清晰的细节再现,同时降低全息记录对CCD的要求,本文提出一种基于图像相减的消除离轴全息零级衍射斑的方法,同时用计算机模拟实验.结果表明,该方法简单快捷,即使在零级像和共轭像严重重叠的情况下,也能较好地消除零级像的影响.因此可用于全息的实时检测,且不会造成信息丢失.     

全息光栅干涉法测量曲面形貌的理论研究

基于光栅原理，提出一种可用于任意曲面形貌测量的全息光栅干涉的新方法，给出了光学原理实验系统，系统中采用氦氖激光为光源，反射型柱面全息衍射光栅为标准器，并用计算机软、硬件对光栅信号进行细分处理．实验表明，系统可获得较宽的动态范围和较高的分辨率，可用于测量曲面形貌．     

离轴全息透镜的制作及其性能测试与分析

在理论上分析了3种拍摄光路制作的离轴全息透镜的波带片空间频率的分布情况，计算发现了其平均空间频率大致相同，预计其衍射效率也应近似相等。通过测量，证实实验结果与理论分析相符合。文中给出了衍射效率的测试方法与实验值。     

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     

Ballistics firearm identification by digital holography

The need for firearm identification systems by police services continues to increase with greater accessibility to weapons in the national and international contexts. The difficulties associated with traditional imaging of ballistics specimens are numerous, and include the smallness of the samples, the nature of the surfaces and shapes for the cartridge cases and projectiles. The digital holography has been introduced to create the 3D image of the fired bullets in order to identify firearms. In digital holography a CCD camera records optically generated holograms which is then reconstructed numerically by a calculation of scalar diffraction in the Fresnel approximation. The digital photography facilitates real time transmission of the message via traditional communication methods. In this paper the principle of digital holography and its application to the 3D image encryptiondecryption were reviewed. The experimental results of firearm identification recording using digital holography and their numerical reconstruction were presented.     

数字全息中直透光和共轭像的去除方法

去除直透光和共轭像的影响,提高全息再现像的质量,一直以来都是全息研究中的一个热点和难点,已有许多结合数字图像处理技术方法被提出.针对数字全息中直透光和共轭像的去除方法进行综述,说明各方法的优点、不足及其适用情况,并通过实验加以验证.     

基于空间光调制器的相移数字全息实验研究

设计并搭建了基于空间光调制器的相移数字全息实验装置,用计算机控制空间光调制器产生实验所需物体,并且控制相关物体参量,完成了基于空间光调制器的透射式数字物体的全息记录和数字再现．实验结果表明相移数字全息方法优于一般数字全息,基于空间光调制器的相移数字全息方法具有物体数字化、物体参量可调、可实现动态物体等显著特点,为相移数字全息提供了更广阔的应用前景．     

整形啁啾脉冲光场作用下的量子相干控制与量子全息

在一级微扰理论近似下,研究了整形啁啾脉冲光场与二能级原子系统作用过程中的量子相干控制问题.利用惠更斯-菲涅耳原理解释了整形脉冲光场作用下量子态波函数的演化过程类似于时域＂光栅衍射＂效应;利用菲涅耳波带片方法研究了布居几率的增强效应.基于利用整形脉冲实现的量子相干控制和量子全息思想在理论上提出并论证了测量波函数的一种新方法.     

模压全息制品的彩光效率的测量

模压全息制品的质量主要体现在制品的光栅衍射效率,即彩光效率.但是科学的测量方法的建立和光谱衍射效率的精确测量比较困难.目前,国内外尚未建立评判标准和发明测量装置.提出了一种基于测量彩光效率的评判方法,搭置了相应的光谱衍射效率测量系统,并且提供了详细的测量结果.     

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.