角谱衍射公式的快速傅里叶变换计算及在数字全息波面重建中的应用

从取样定理出发,对角谱衍射公式及逆运算的快速傅里叶变换(FFT)进行了研究.基于研究结果.讨论数字全息研究中物光通过一个光学系统到达CCD探测器的波面重建问题.提出物光场的逆运算追迹重建及像空间波面重建两种方法.最后,通过数字全息实验及波面重建计算,对两种波面重建方法的可行性作出证明.     

散射光彩色数字全息光学系统及波面重建算法研究

令物体表面为散射面,参考光及重建光为球面波,详细研究了离轴数字全息物光场重建平面的光波场.导出物光、共轭物光及零级衍射光分布与光学系统参数的关系.根据彩色数字全息的特点,提出抑制零级衍射干扰的光学系统设计方法,并且对一种能够避免插值误差的波面重建算法进行了优化研究,给出了相应的实验证明.     

数字全息图取样模型的简化研究

数字全息研究领域目前存在两种不同的数字全息图取样模型.按照这两种模型进行研究时, 不但涉及较复杂的数学运算, 在许多情况下还会导致不同的研究结果, 不便于理论分析及实际应用.基于对数字全息图记录的物理过程分析及电荷藕合器件(charge coupled device, CCD)几何结构的研究, 本文将这两种取样模型简化为相同的数学表达式. 利用数字全息图的余弦级数展开及取样定理对简化模型的研究表明, 简化模型不但具有清晰的物理意义, 而且可以方便地为应用研究服务. 基于简化模型对物光波通过光学系统到达CCD的数字全息记录系统进行了研究, 导出得到实验证实的波前重建表达式. 关键词： 数字全息 波前重建 相干光成像     

散射光波场卷积重建的三种方法研究

将数字全息检测物体的表面视为散射面,当物体投影尺寸远大于CCD面阵尺寸时用球面波为重建波,对物平面光波场卷积重建过程进行了理论研究.导出了重建物光场放大率与重建参量的关系.介绍了通过补零扩大CCD平面以及对物体局域重建组合的另外两种卷积重建方法.通过实验对三种方法进了行比较.结果表明,球面波为重建波的方法优于另外两种方法.     

彩色数字全息的非插值波面重建算法研究

彩色数字全息及多波长照明的数字全息检测研究中,避免插值误差的可变放大率波面重建是一个重要的研究内容.由于Fresnel衍射积分可以表示成Fourier变换及卷积两种形式,对应地存在两种波面重建算法：其一,将重建距离分为两段的衍射“接力”算法;其二,用球面波为重建波的卷积算法.文中对这两种算法进行理论分析及实验研究,讨论让重建计算满足取样定理的条件.结果表明,卷积算法较容易满足取样定理,能够获得较好的重建物光场. 关键词： 彩色数字全息 波面重建 衍射计算     

散射光波场卷积重建的三种方法研究

将数字全息检测物体的表面视为散射面,当物体投影尺寸远大于CCD面阵尺寸时用球面波为重建波,对物平面光波场卷积重建过程进行了理论研究.导出了重建物光场放大率与重建参量的关系.介绍了通过补零扩大CCD平面以及对物体局域重建组合的另外两种卷积重建方法.通过实验对三种方法进了行比较.结果表明,球面波为重建波的方法优于另外两种方法.     

高质量等曲率物参光像面数字全息显微系统

对等曲率物参光像面数字全息显微成像系统进行研究,分析了光路配置方法,推导了系统的点扩散函数,并由此指出了决定系统成像分辨率的因素及系统的成像特点,最后讨论了再现像光场一次位相畸变校正的方法.结果表明,等曲率物参光像面数字全息具有最大的信息容量;该系统的成像分辨率取决于显微物镜的数值孔径和CCD的像元大小,与CCD的光敏面尺寸无关;物体各点中通过显微物镜的所有频率成分均能被系统完全记录与再现,样品被照亮区域的大小对记录条件和再现像质没有影响;等曲率物参光像面数字全息系统是一种优化的全息记录与再现系统,利用该系统可以实现高质量成像.实验结果验证了理论分析的正确性.     

彩色数字全息的非插值波面重建算法研究

彩色数字全息及多波长照明的数字全息检测研究中,避免插值误差的可变放大率波面重建是一个重要的研究内容.由于Fresnel衍射积分可以表示成Fourier变换及卷积两种形式,对应地存在两种波面重建算法：其一,将重建距离分为两段的衍射“接力”算法;其二,用球面波为重建波的卷积算法.文中对这两种算法进行理论分析及实验研究,讨论让重建计算满足取样定理的条件.结果表明,卷积算法较容易满足取样定理,能够获得较好的重建物光场.     

大尺寸物光波面彩色数字全息高质量重建研究

为解决检测面尺寸较大时CCD难以得到高质量数字全息图的问题,本文利用负透镜设计光学系统让CCD接收来自物体的缩小虚像,以球面波为参考波,使用单色CCD近距离得到三种色光照射下的大尺寸彩色物体的数字全息图,然后采用可控放大率波面重建算法得到同一尺寸的数字全息重建像,合成彩色数字全息重建像.同时,使用两种消零级方法去除零级...     

离轴数字全息超分辨率记录系统优化设计

超分辨率数字全息记录系统可以突破系统分辨极限,提高系统分辨率。设计不同形式的超分辨率记录系统用CCD记录高频物光信息是目前一个活跃的研究领域。基于取样定理及衍射的角谱理论对超分辨率离轴数字全息记录系统的设计进行研究,研究表明,无论选择何种设计方案,超分辨率系统所形成的等效CCD的面阵尺寸存在一个优化值,当实际设计尺寸大于优化值时并不能进一步提高分辨率,使用优化值设计的记录系统最紧凑。基于研究结果,导出优化设计超分辨率离轴数字全息系统的方法,以分辨率测试板为物体,使用数字全息再现光场复振幅叠加的方法,给出不同等效CCD尺寸时的重建像。实验结果证明了理论分析的正确性及可行性。     

X射线光场成像技术研究

X射线三维成像技术是目前国内外X射线成像研究领域的一个研究热点.但针对一些特殊成像目标,传统X射线计算层析(CT)成像模式易出现投影信息缺失等问题,影响CT重建的图像质量,使得CT成像的应用受到一定的限制.本文主要研究了基于光场成像理论的X射线三维立体成像技术.首先从同步辐射光源模型出发,对X射线光场成像进行建模;然后,基于光场成像数字重聚焦理论,对成像目标场在深度方向上进行切片重建.结果表明:该方法可以实现对成像目标任一视角下任一深度的内部切片重建,但是由于光学聚焦过程中的离焦现象,会引入较为严重的背景噪声.当对其原始数据进行滤波后,再进行X射线光场重聚焦,可以有效消除重建伪影,提高图像的重建质量.本研究既有算法理论意义,又可应用于工业、医疗等较复杂目标的快速检测,具有较大的应用价值.     

数字全息中的一些基本问题分析

利用全息理论、傅里叶频谱分析和采样定理，在模拟和数字全息光栅实验基础上，分析了数字全息记录和再现中的一些基本问题。结果表明：在物体和CCD尺寸确定的情况下，记录光路结构参量只取决于对图像采样的要求及CCD的像素尺寸，只要物体到CCD的距离满足采样要求，数字全息图再现光场的三个部分就可以分离；用准直平行光作为记录参考光和模拟再现光，可以得到与物体大小和形状完全一致的再现像；采样条件对再现像的影响大于分离条件，减小参物光的夹角记录适当过采样的数字全息图，有利于提高再现像的质量；另外，在获得高质量再现像方面，根据物体的具体特征，尽可能记录高质量的数字全息图，与满足采样条件和分离条件具有同样重要的意义。     

Continuous-wave terahertz digital holography by use of a pyroelectric array camera

Terahertz (THz) digital holography is realized based on a 2.52?THz far-IR gas laser and a commercial 124 × 124 pyroelectric array camera. Off-axis THz holograms are obtained by recording interference patterns between light passing through the sample and the reference wave. A numerical reconstruction process is performed to obtain the field distribution at the object surface. Different targets were imaged to test the system's imaging capability. Compared with THz focal plane images, the image quality of the reconstructed images are improved a lot. The results show that the system's imaging resolution can reach at least 0.4 mm. The system also has the potential for real-time imaging application. This study confirms that digital holography is a promising technique for real-time, high-resolution THz imaging, which has extensive application prospects.     

基于空间光调制器的非相干数字全息单次曝光研究

菲涅耳非相干相关全息术(Fresnel incoherent correlation holography,FINCH)利用在空间光调制器(spatial light modulator,SLM)上加载双透镜模式对同一物点光分束自相干,并通过改变加载的相位因子得到不同的相移全息图.本系统利用SLM可分区编码调制特性,将FINCH成像中SLM上分三次加载的0°,120°,240°相位双透镜掩模各提取1/3组成一幅复合相移模式加载,并研究了三种相位分布方式对FINCH成像质量的影响.结果表明:三个相位在SLM上分布间隔越大,再现像越清晰.在此基础上,提出了一种新的掩模加载方式,在SLM加载透镜阵列,每一个相位因子对应一个双透镜,具有一个光轴.实验表明,通过这种加载方式,通过SLM后形成的三个相移图能够一次在电荷耦合器上记录,并且三个相移图不重叠,然后通过MATLAB编程计算将不同相移角度的全息图分别提取出来,通过三步相移计算合成一幅包含有物光波的复值全息图,最后通过数值再现算法重建待测样品.此系统可用于对光源相干性较低的实时成像系统,也为微小形变测量、动态物体的观测提供了新方法,为非相干数字全息术的发展提供了新思路.     

Lensless ghost imaging through the strongly scattering medium

Lensless ghost imaging has attracted much interest in recent years due to its profound physics and potential applications. In this paper we report studies of the robust properties of the lensless ghost imaging system with a pseudo-thermal light source in a strongly scattering medium. The effects of the positions of the strong medium on the ghost imaging are investigated. In the lensless ghost imaging system, a pseudo-thermal light is split into two correlated beams by a beam splitter. One beam goes to a charge-coupled detector camera, labeled as CCD2. The other beam goes to an object and then is collected in another charge-coupled detector camera, labeled as CCD1, which serves as a bucket detector. When the strong medium, a pane of ground glass disk, is placed between the object and CCD1, the bucket detector, the quality of ghost imaging is barely affected and a good image could still be obtained. The quality of the ghost imaging can also be maintained, even when the ground glass is rotating, which is the strongest scattering medium so far. However, when the strongly scattering medium is present in the optical path from the light source to CCD2 or the object, the lensless ghost imaging system hardly retrieves the image of the object. A theoretical analysis in terms of the second-order correlation function is also provided.     

Quantum limits on optical resolution

We discuss the ultimate limit imposed by quantum fluctuations of light for resolution of fine details in optical images. For this purpose, we extend in the quantum domain the classical analysis of the object reconstruction, or superresolution, in terms of prolate spheroidal function basis. We derive the expression for ultimate resolution limit in the reconstructed object using an illumination of the full object plane by a multimode squeezed vacuum. We show that the gain in resolution using multimode squeezed light is maximum when the Shannon number of the imaging system is close to unity.     

Experimental study on polarization holographic storage in genetic mutant BR-D96N film

The information storage is developing toward high speed access and massive stor-age capacity. Optical holographic storage has not only high speed parallel data access and high addressing speed without mechanical motion but also high storage density with multiplexed volume holographic storage[1]. In recent years, optical holographic storage is studied intensely in the field of information storage. It has been shown that the polari-zation of light could also be recorded with polarization hologra…     

多模式光学数字全息实验教学系统

研究设计了一种多模式现代光学数字全息成像实验教学系统.该系统可通过多光路模式与CcD技术相结合建立并记录数字全息图频率场,采用不同数学算法和程序实现全息图的全数字化重构再现与图像的三维测量,并通过界面设计详细演示数字全息成像的原理与过程.