一种在二步相移数字全息中实现准确相移的方法

相移数字全息中的相移准确性决定了重建结果的质量,本文提出了在二步相移数字全息中实现准确相移的方法.该方法使用数字电压源开环控制普通的压电陶瓷微位移器,通过连续以微小的间隔来改变施加在压电陶瓷微位移器上的电压,可以获得一系列对应于不同相移角的全息图像,进而可以利用这些全息图像重建出来物光波在全息面上的强度分布.实验中采用已被CCD直接记录的物光波在全息面上的强度分布作为标准来评价前面重建结果的质量,计算了这些重建结果和评价标准之间的相关系数,结果表明相关系数达到最大时对应的全息图具有准确的相移角π/2.实验中比较了使用所确定准确相移角和理论相移角分别重建出来物光波的质量,计算机模拟和实验的结果证实了该方法的有效性.     

四步相移数字全息中随机误差的抑制方法

提出一种在四步相移数字全息中消除随机相移误差及CCD噪声的方法。通过多次重复四步相移数字全息的实验过程,使得每一步的相移都有多幅全息图像与之对应,把每一步对应的多幅全息图像进行数学平均就会得到4幅全息均值图像。理论分析表明,使用这4幅全息均值图像进行数字全息的重建,可以得到精确的物光波的分布,有效地消除随机相移误差及CCD噪声的影响。计算机模拟结果表明:该方法有助于提高数字全息重建光场质量。     

相移测量技术中相移器研究

本文介绍一种用于相移测量技术的相移器。该相移器由计算机通过Ｄ／Ａ接口板自动控制输出电压幅度，其电路采用闭环控制，位移由压电晶体产生，具有很高的电压稳定度（０１％）和较小的相移误差（小于３°）。描述相移器的结构、驱动源工作原理及相移器标定方法     

低压微位移驱动电路及控制方法

讨论了低压微位移驱动电路及控制方法在光电轮廓仪上的运用。采用低压驱动电路驱动压电陶瓷相移器对参考光束进行相移，从而使仪器质量减轻、体积缩小、成本降低。在运用该电路时，为了解决压电陶瓷低电压区非线性误差大的问题，用PC计算机控制压电陶瓷上所加电压的电压值，由摄像头摄取图像并计算出干涉条纹的间隔，然后由PC计算机修改压电陶瓷上所加的电压值，直至干涉条纹相位差达到要求值。该方法的优点是：可消除压电陶瓷低压区的非线性误差，使得开环电路得到闭环的效果；可降低机械零部件的装配难度。     

两步相移数字全息物光重建误差分析与校正

系统研究了两步相移数字全息干涉术中相移误差引起的波前再现误差的计算和校正方法. 基于衍射物光相位分布的随机性和振幅相位的相互独立性原理,介绍了相移数字全息中物光波前再现误差的表达形式,推导出步长为π/2的两步算法中物光重建误差的表达式. 通过进一步分析这一重建误差的结构和特点,结合物光表达式,给出了自动校正相移误差引起的波前重建误差的校正方法. 该方法无需增加测量,在未知相移误差大小的情况下,只对标准两步相移算法恢复的物光复振幅进行处理就可以实现对物光振幅和相位的同时校正. 计算机模拟结果表明,校正后可将 关键词： 相移干涉术 数字全息 物光重建 误差校正     

同步相移数字全息综述（特邀）

相移数字全息技术将相移技术与数字全息技术相结合,为微观物体的三维形貌和折射率分布检测提供了一种快速、无损、高精度手段。与离轴数字全息相比,相移数字全息采用同轴光路,可以充分利用CCD相机的空间带宽积。然而,传统相移数字全息需要依次记录多幅不同相移量全息图,才能消除零级像和共轭像,再现出无混叠的相位/振幅图像。同步相移又称瞬时相移,可在同一时间得到多幅不同相移量的干涉图样,克服普通相移干涉不能实时观测的缺点。介绍了相移的概念和实现方式,基于多CCD记录、像素掩膜、平行分光的三种同步相移技术,对同步相移数字全息在生物医学、流场测量、表面形貌测量、微纳器件检测等领域的应用进行综述,为从事同步相移数字全息技术及其应用研究的学者提供有益参考。     

Mirau相移干涉法测量微透镜阵列面形

基于Mirau相移干涉法，在实验室环境下对微透镜阵列的微表面形貌进行了轮廓测量.实验使用He-Ne激光器作为光源，干涉成像系统由Mirau干涉物镜和其他光学元件组成.在实验中使用压电陶瓷执行器作为相移器，通过5步相移法计算待测表面形貌.实验结果表明，基于Mirau相移干涉法对微透镜阵列面形的测量，水平分辨率达到1.1 μm，垂直测量准确度达到6.33 nm，垂直测量范围为5 μm.对于微透镜阵列的面形测量，通过将微透镜阵列划分为若干微小区域以保证局部面形最大高度小于5 μm，然后辅以精密平移机构进行若干次5步相移法测量局部面形，再利用相位重建所得的数据进行拼接和3D轮廓重建，最终得到整个微透镜阵列的精确微表面形貌.     

基于主元分析的干涉仪相移器校准方法

利用主元分析从一组干涉图中提取相位和相移量,得到相移量与驱动电压之间的对应关系,从而实现压电陶瓷相移器的非线性校准.模拟结果表明:主元分析法计算相移量的误差随着干涉图中条纹根数的增多而减小;当干涉图中条纹根数多于0.25时,相移量计算误差小于0.1664rad.实验结果表明:相移量计算误差是周期分布,对相移器校准准确度影响小.该方法无需迭代计算,且对干涉图中条纹根数没有严格要求,因此是一种高效且实用的校准方法.     

基于相移技术的显微数字全息重构细胞相位

介绍了用显微镜物镜、压电陶瓷和CCD建立的一套测量细胞相位的显微数字全息光路，基于相移技术，给出了重构相位的理论分析，并用洋葱磷片叶细胞作为测试样品，完成了测量细胞相位的实验.结果表明：该系统可以完成细胞相位重构，系统分辨率不低于1 μm.     

广义相移数字全息反射物体成像实验设计

介绍全息术在光学实验教学中的作用和数字全息及相移数字全息的发展.给出最近出现的广义相移数字全息的相移值抽取和物光再现的原理和公式.设计了适用于普通光学实验室的相移数字全息成像装置,从而将其引入本科实验教学.用反射物体进行光学实验,对文中设计的成像方法的可行性与有效性进行了验证.     

Recovering correct phase information in multiwavelength digital holographic microscopy by compensation for chromatic aberrations

We demonstrate experimentally that correct phase imaging without 2pi ambiguity is obtainable in digital holography by using a multiwavelength approach in the microscope configuration. We describe a general approach for removing chromatic aberrations and for controlling the pixel size of the reconstructed phase image in multiwavelength digital holography when the Fourier transform method is adopted for the numerical reconstruction of digital holograms. The retrieved phase is affected by the unavoidable, unwanted chromatic aberration. The correct phase can be obtained by evaluating the phase from the reference holograms reconstructed at different wavelengths to compensate for the chromatic aberration.     

基于旋转照明光的数字全息相干噪声抑制

提出一种数字全息相干噪声抑制方法。首先在照明光方位角给定的前提下,通过在极向平面内连续旋转照明光,实现在多角度照明条件下记录离轴数字全息图。然后对所获得的全息图分别重构,同时利用倾斜相差补偿算法和数字图像自相关配准方法分别补偿再现像的相位倾斜及横向偏移。最后将重构像进行非相干叠加,从而有效抑制再现像的相干噪声。实验结果及相关统计评价数据皆验证了该方法的有效性。     

Elimination of zero-order diffraction in digital off-axis holography

A simple experimental method of eliminating zero-order diffraction in the reconstructed image of off-axis digital holography is presented. Holographic diffraction grating acting as a beam splitter, an off-axis holography system is formed. The holograms of object with different recording parameters are obtained by adjusting the reflecting mirror in the recording optical system to vary the incidence orientation of the object beam in CCD to introduce a phase shift. The zero-order image can be eliminated by numerically processing the holograms of object with different recording parameters. The theoretical analyses have been done in detail and the experimental results are also given. The zero-order image eliminated, the area of reconstructed image increases remarkably, the image quality can then be significantly improved and the better resolution obtained. The experimental results show that the method presented in this paper is feasible, simple in optical system and easy in operation and data processing.     

预成像数字全息测量大物体三维形貌

为了扩大数字全息三维形貌测量的视场,提出了一种预成像的方法.物体先被成像镜头成一缩小的实像,再使用离轴菲涅耳数字全息对此实像进行全息记录.采用倾斜照明光的方法使两次数字全息的再现像之间产生相位差,通过相位去噪和去包裹处理从相位差中提取物体的三维形貌数据.实验证明,预成像方法使测量视场的大小得到了至少一个数量级的提高,采用离轴菲涅耳数字全息降低了测量系统对环境稳定性的要求.     

一种消除数字离轴全息零级像的实验方法

提出一种消除数字离轴全息零级像的实验方法.这种方法是将全息衍射光栅作为分光元件,形成数字离轴全息记录系统,通过调节记录光路系统中平面镜,改变物光波到达CCD的入射方向而引入相移,从而得到不同记录参数的全息图.再通过对不同记录参数全息图的数字处理,即可达到零级像消除的目的,并对这种方法进行了理论分析和实验验证.给出了利用这种方法获得的实验结果.实验结果证明了该方案的可行性,并且具有光路系统简单、操作和处理容易等特点.     

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.     

基于位相变更的非相干数字全息自适应成像

菲涅耳非相干数字全息作为一种非扫描的三维成像技术具有其独特的优势,但其成像过程中会受到各种像差的影响,导致成像分辨率、再现像的质量降低.为了解决这一问题,可以结合适当的自适应光学技术对波前像差进行探测和校正.位相变更是一种基于两幅具有已知位相差的强度图像实现波前探测和像差校正的技术.本文发展了基于位相变更的非相干数字全息自适应成像技术,不需要引入引导星,利用全息记录过程中的两幅相移全息图,实现波前像差的探测.本文给出了所发展技术的数值仿真和实验结果,结合位相变更算法求解出系统像差的位相分布,将像差的共轭位相加载到光瞳面上,在全息图记录的同时校正像差,从而提高重建像的质量.     

基于数字全息的热透镜效应测量

提出一种数字全息定量测量半导体激光二极管侧面泵浦Nd∶YAG晶体热透镜效应的方法。CCD采集Nd∶YAG晶体在不同泵浦电流下的数字全息图,通过数值重建得到热透镜效应引起的相位分布及其变化过程。再由相位分布计算得到对应的热透镜焦距。实验结果表明,利用数字全息技术可以准确和有效测量热透镜效应及热透镜焦距。