基于数字全息干涉术的液相扩散过程可视化（英文）

提出了利用数字全息干涉术可视化观测液相扩散过程.实验中,采用马赫-曾德干涉仪光路记录乙醇与水之间两相扩散过程的多幅数字全息图;再通过数值再现不同扩散状态的波前相位分布,获得液体中的摩尔浓度分布;最后,根据菲克定律获得两相流扩散系数.结果表明:利用数字全息干涉术可实现对液相扩散传质过程的快速、实时及高精度测量;该方法还具有可实现远程监控、拥有大量微观数据的优点;此外,采用文中全息干涉光路结合波分与角分复用技术可实现多相流扩散系数的测量,为获得溶液中非线性变化特征参量提供了有效技术手段.     

数字全息干涉法流体质扩散系数实验研究

本文首先对数字全息干涉术中的数字图像处理理论以及数字全息干涉法实验原理作了详细研究.在此基础上,对数字图像处理中全息图的预处理、全息图像的频域滤波、数字干涉条纹再现等关键技术做了详细阐述.自行设计和搭建了数字全息干涉法流体质扩散系数测量实验台.以0.33 mol·L-1的氯化钾溶液-水的扩散体系作为标准物质,测量了其质扩散系数.结果显示,与文献数据比较测量相对偏差绝对平均值为1.30%,验证了实验台的可靠性.     

电子学全息干涉术用于温度场测量

探讨了用电子学全息干涉术（双称数字全息干涉术）测量温度场分布及其变化的可行性，利用所设计的全息干涉实验光路，对一电烙铁头部周围温度场分布进行了实时全息记录，进而利用一维快速傅里叶变换及数字滤波处理再现出了反映温度场分布的全息干涉条纹图样，实验结果表明，与传统的光学全息干涉术相比，电子学全息干涉术借助于高分辨率CCD记录及高速计算机数字处理技术，从而可实现光学全息图的数字化记录、存储和重现。同时，利用再现物场相位倍增原理还可实现对干涉条纹数目的倍增，或利用物场相位分布的直接计算精确获取任意两点间的相位差，从而提高测量精度。此外，由于能够在不改变光路的前提下以较高的重复频率完成光学全息图的记录，电子学全息干涉术可以用于记录三维物场的变化并接近实时地再现和测量三维物场的变化规律，因此是一种极有发展前途的新型实时全息干涉计量技术。     

激光全息干涉法测量二元气体扩散系数

依据Mach-Zehnder干涉光路搭建了数字实时激光全息干涉实验台,设计加工了适用于测量二元气体扩散系数的扩散槽本体,详细介绍了根据物光相位的变化计算二元气体扩散系数的测量原理及图像处理方法。在此基础上测量了二元气体对H_2-Air、CH_4-Air和O_2-Air在273.15 K和0.1 MPa下的扩散系数,通过与文献值的比较验证了该实验方法的准确性,为后续二元气体扩散系数测量工作奠定了坚实的基础。     

数字平面全息光栅实验研究

通过数字全息实验平台,制作平面全息光栅,利用高精度CMOS相机记录两束平行光的干涉,改变两平行光束的夹角和光斑相对方向,观测干涉条纹的疏密变化和方向变化,加深学生对光的干涉的理解,训练学生基本光路的搭建与调整。     

基于数字全息干涉术测量液相云微物理起伏的湍流参数表征

针对云降水物理研究中湍流的测量需求,提出了一种基于数字全息干涉术测量液相云微物理起伏的湍流参数表征方法。该方法无需假设云滴谱分布函数及调整相关参数即可获得实际湍流影响的液相云微物理起伏。利用定常湍流影响的雾滴模拟液相云滴,采用像元尺寸1.67μm的相机时序记录雾滴谱,获得含水量与雾滴平均半径的起伏。根据湍流理论,计算了湍流的方差,时间相关系数,协方差和互相关系数。最终,通过分析不同间隔时间含水量的时间相关系数,获得湍流场的时间尺度为100 ms;在固定采样间隔71 ms的条件下,分析不同起始时间含水量的时间相关系数,其起伏量与平均值的最大偏差为23%,证明了测量区域流场为定常湍流。该方法可为研究液相云微物理与湍流特性及相互作用机理提供有效的测量手段。     

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.     

教学型数字全息综合实验系统设计与实现

全息是一项充满应用前景的3D成像及测量技术,为了更好的辅助全息技术的实验教学,设计了一套教学型数字全息综合实验系统.该系统由计算模拟、光学拍摄、以及数字重构与测量三部分构成.本系统采用优化的全息光路,并配套界面友好的算法程序,降低了数字全息实验的门槛,使得该实验也适合非相关专业的学生.     

优化的数字全息显微成像系统

基于预放大数字全息显微系统的全息图记录与再现过程及其点扩散函数的分析, 从成像分辨率、成像质量及实现的难易程度等方面对数字全息显微中六种常见记录光路系统的成像性能进行了对比研究. 结果表明, 像面数字全息术具有最高的成像分辨率及成像质量, 其成像分辨率与记录器件的光敏面尺寸无关, 该系统对信息的记录是完整的, 而且记录过程不必考虑物体被照亮区域的大小, 再现过程非常简单, 是优化的数字全息显微成像系统. 等波面弯曲的物参光像面数字全息术非常有利于位相解包裹及位相畸变补偿的正确进行, 该系统更适合于位相显微. 实验结果验证了理论分析的正确性. 关键词： 显微数字全息 预放大数字全息 像面数字全息 分辨率     

用数字激光全息实验装置测量泊松比

在数字全息干涉原理的基础上设计了用于泊松比测量的数字激光全息实验装置,利用该装置经过样品加载、全息图记录、全息图数值重建和泊松比计算步骤即可以获得材料的泊松比,实现非接触和实时测量.碳/碳复合材料的泊松比测量结果表明实验准确,重复性较好.     

Research on high-quality projecting reduction lithography system based on digital mask technique

In this paper, digital mask technique is presented, and a high-quality projecting reduction lithography system has been set up successfully. The core device of digital mask technique is digital micromirror device (DMD) which belongs to one of the electrically addressed spatial light modulators. The output image of DMD can be equivalent to a gray-scale mask of high precision, which can control the exposure precisely. If it is combined with a high-quality projecting reduction system, the fabrication of submicron diffractive optical elements can be realized successfully. The overall design of the system is described in detail, and some diffractive optical element masks are fabricated. Experimental results verify that the system is feasible. In the end, system characteristics and system error are summarized.     

像面滤波技术在无透镜傅里叶变换数字全息中的应用

无透镜傅里叶变换数字全息波前重建主要采用全息图的一次快速傅里叶变换方法,重建图像不能充分占有重建平面.本文基于像平面滤波技术,提出对物体局部区域光波场进行放大重建并让重建图像布满重建平面的方法,给出具有精细结构物体的数字全息波前重建实例.此外,将数字全息光波场重建视为具有方形出射光瞳的光学系统的相干光成像过程,导出了物体放大图像的分辨率与光学系统相关参量的关系,并通过实验给予证明.     

像面滤波技术在无透镜傅里叶变换数字全息中的应用

无透镜傅里叶变换数字全息波前重建主要采用全息图的一次快速傅里叶变换方法,重建图像不能充分占有重建平面.本文基于像平面滤波技术,提出对物体局部区域光波场进行放大重建并让重建图像布满重建平面的方法,给出具有精细结构物体的数字全息波前重建实例.此外,将数字全息光波场重建视为具有方形出射光瞳的光学系统的相干光成像过程,导出了物体放大图像的分辨率与光学系统相关参量的关系,并通过实验给予证明.     

数字正交检波中的数据处理方法

详细讨论了数字正交检测中的数字处理方法,通过时域插值和选择适当的数字滤波器,可以降低对A DC采样速率的要求.最后给出NMR实验结果.     

数字全息变焦系统的研究及应用

从4f系统及照像机变焦镜头的设计思想出发,提出并设计了一个由三面透镜组成的数字全息变焦系统.该系统具有4f系统的性能,且可以方便地改变横向放大率,适应实际检测物体尺寸及形状的变化.用几何光学表述了变焦系统的工作原理,基于矩阵光学理论介绍了变焦系统的设计方法,利用衍射的角谱理论对像空间波面重构计算方法进行了介绍.并且,给出了实验证明及应用实例.     

Digital color holography applied to fluid and structural mechanics

In various domains such as acoustics, vibrations or fluid mechanics, non-invasive metrological tools, giving full-field measurements with very high spatial and temporal resolutions, need to be developed to validate the models and/or numerical simulations of the studied phenomena. In this way, ONERA and LAUM have developed optical real-time methods based on three-wavelength digital holographic interferometry to analyze either unsteady wake flows or vibrating kinematics or complex fields. These digital color holographic methods aim at avoiding panchromatic holographic plates and their related constraints. In the domain of fluids mechanics, an interferometric set-up is presented to generate micro fringes from the observed area. The data are processed thanks to direct and inverse Fourier transforms to obtain a gas density field and to study its evolution in time. In structural mechanics, a versatile interferometric imaging set-up, based on digital Fresnel holography, is presented. These new optical imaging methods result in full-field measurements with a high spatial resolution. This research ultimately aims at analyzing, in time, unsteady complex wake flows, vibrating kinematics and acoustic fields. A few examples are given and the possibilities and limits of these methods are discussed.     

基于图像部分加入的数字全息水印技术

提出了一种以数字全息为基础的数字水印技术,实现了在原始图像中嵌入数字全息水印.考虑到传统的数字全息水印提取过程简单、易受攻击,为了提高水印信息的安全性,对传统的方法进行了改进.采用了图像部分加入的方法,将水印添加位置、水印图像大小和水印添加位置边缘像素作为水印提取密钥.实验证明,运用这种方法添加的水印具有较高的安全性.     

Correction of quadratic phase error in two-wavelength digital holographic interferometry using laser diodes

We present the correction of a quadratic phase error in two-wavelength digital holographic interferometry using laser diodes. This phase error arises from numerical reconstructions of wavefronts from digital holograms based on the Fresnel diffraction integral. To correct the quadratic phase error, it is numerically produced by computer on the basis of the theoretical prediction and is subtracted from the phase difference map in two-wavelength digital holographic interferometry. Experimental results show that the method of correction in this paper is useful for two-wavelength digital holographic interferometry using laser diodes.     

Digital reconstruction of grating-distorted images through virtual-optics imaging systems

We develop a technique to correct the distortion generated by the presence of a grating that prevents correct imaging of a test object in an optical system. We use the design concept of virtual-optics imaging systems to implement a setup and a corresponding filter to remove the distortion. Results are presented showing the potential of the method.     

Micro- and macro deformation measurement by extension of correlation technique

In this work, we present the implementation of Electronic Speckle Pattern Interferometry (ESPI), Digital Speckle Photography (DSP) and Digital Image Correlation (DIC) as complementary techniques to measure in-plane micro and macro displacement. The main advantage of ESPI is its great sensitivity to small displacements (smaller than the size of the speckle). However, the contrast of fringes in this technique is severely affected by de-correlation effects when the in-plane displacement exceeds the size of the speckle. To eliminate the de-correlation effects, we use the DSP technique. It is possible to generate artificial speckles, usually bigger than those generated by means of illumination of the sample with laser light. By combining DSP and DIC the displacement field can be obtained when the ESPI method cannot be applied due to image de-correlation. The experimental results show that the combination of these techniques is useful to analyze deformations over a wider range.