应用波分复用技术实现飞秒级超快动态过程的脉冲数字显微全息记录

采用波分复用方法实现飞秒级超快动态过程的脉冲数字显微全息记录和再现。在全息记录过程中,利用BBO倍频晶体对入射激光进行倍频,将基波和谐波分光,并经时间延迟后进入迈克耳孙干涉仪,从而可应用波分复用技术,先后在CCD的一帧图像上记录两张具有不同空间频率的子全息图。采用这种方法,实现了对单脉冲飞秒激光激发空气电离的超快动态过程的全息记录,并通过数字傅里叶变换和数字滤波的方法,分别再现出每张子全息图记录的波前,从而获得了具有飞秒时间分辨的空气等离子体形成和传播过程的动态振幅和相位图像,其单次曝光时间为50 fs,曝光时间间隔为400 fs,相应的曝光频率约为2.5×1012f/s。     

超短脉冲数字全息术中的立体角分复用技术

将角分复用技术应用于超短脉冲数字全息术，可实现对超快过程的动态记录.其中，在角分复用的设计中，由于CCD像素尺寸的限制，一般对物光和参考光的角度要求较为苛刻.为此，提出了一种立体角分复用的方法，并使用连续激光数字全息实验验证了这种方法的有效性.在此基础上，根据超短脉冲数字全息术记录超快过程的特点，设计了能够实现自动连续进行立体角分复用记录的光路.计算分析表明，该光路可在一帧数字全息图上连续记录间隔为纳秒量级的多幅超快过程的动态图像. 关键词： 超短脉冲数字全息术 立体角分复用 超快过程     

飞秒激光烧蚀铝靶产生喷射物的超快脉冲数字全息诊断

采用脉冲数字显微全息技术,对50 fs单脉冲激光烧蚀铝靶过程中的物质喷射以及等离子体演化的动态过程进行了实验研究,获得了高时空分辨的动态数字全息图.由全息图观察到了热弹力波引起的二次喷射现象,并且报道了大延迟下喷射物质对400 nm探测光所引起的干涉条纹的反常移动现象.通过对全息图进行数字再现,得到了不同延迟下探测光穿过等离子体后的二维相位分布,并运用逆Abel变换算法获得了等离子体折射率以及等效电子密度的时空演化动态过程.根据实验以及计算所得到的有关于喷射物的光学性质,对喷射物的结构和成分进行了分析. 关键词： 脉冲数字全息 飞秒激光烧蚀 超快时间分辨 等离子体     

利用综合复用技术拓展数字全息显微系统中的记录视场

为了解决现有数字全息显微系统中高分辨率与大记录视场无法同时兼得的问题, 提出了一种在不牺牲分辨率的前提下拓展数字全息显微记录视场的方法. 该方法中运用了波长不同、偏振态不同的四路相互不相干的探测物光, 同时探测被测样品四个相邻的不同区域, 并使这四束探测物光分别与其相应的参考光相干, 在记录面上同时记录下含有被测样品不同区域信息的复合全息图. 将获得的复合全息图经过频谱变换和数字滤波, 分别重构出所记录区域的振幅和相位分布.最后通过图像拼接和图像融合技术, 可实现接近原记录视场四倍的大视场数字全息显微记录. 该方法在测量过程中无需移动记录装置、光源和被测样品, 单次曝光即可实现, 实验结果验证了本文所提方法的可行性. 关键词： 数字全息显微术 角分复用 偏振复用 波长复用     

强飞秒激光烧蚀石英玻璃的超快时间分辨光学诊断

采用超快时间分辨的光学诊断技术对飞秒激光脉冲烧蚀石英玻璃的动态过程进行了实验研究.首先,对烧蚀过程中石英玻璃外部的物质喷射进行了数字全息记录,获得了不同延迟时间下探测光的二维相位差分布图,并由此推断出了喷射物的成分和结构.此外,对石英玻璃内部的现象进行了时间分辨阴影图记录,从阴影图中观察到了石英玻璃内部的两个应力波的演化过程.这两个应力波与目标靶外部的两次物质喷射相关. 关键词： 脉冲数字全息 飞秒激光烧蚀 超快时间分辨 应力波     

超短脉冲激光选通电子学全息成象系统研究

本文介绍了最早到达光概念,分析了超短脉冲激光电子学全息实现选通最早到达光成象的原理.用超短脉冲激光拍摄全息图,相当于用多色光记录全息图,当用单色光再现这种全息图时,会给再现象造成一个模糊量.在一般全息理论中,只讨论了采用单色光记录全息图,复色光再现所造成的模糊量.因此,本文中讨论的是一个与此相反的问题,即用多色光记录全息图,单色光再现的情况,并且着重讨论了超短脉冲激光记录全息图的情况.最后得出结论,在用超短脉冲激光拍摄全息图时,最好采用象面全息术.     

超短脉冲激光选通电子学全息成象系统研究

本文介绍了最早到达光概念，分析了超短脉冲激光电子学全息实现选通最早到达光成象的原理．用超短脉冲激光拍摄全息图，相当于用多色光记录全息图，当用单色光再现这种全息图时，会给再现象造成一个模糊量．在一般全息理论中，只讨论了采用单色光记录全息图，复色光再现所造成的模糊量．因此，本文中讨论的是一个与此相反的问题，即用多色光记录全息图，单色光再现的情况，并且着重讨论了超短脉冲激光记录全息图的情况．最后得出结论，在用超短脉冲激光拍摄全息图时，最好采用象面全息术．     

一种基于超复数系的数字全息图像生成方法

提出了一种基于超复数系的数字全息图像生成方法，通过定义超复数系，由此构成n维向量空间，然后采用分形迭代方法在n维向量空间中选择不同截面来绘制分形图像，因而能够在高维空间生成分形数字图像序列，并能够制作出具有动态效果和美感的激光全息图。由于分形数字全息图像生成具有较好的参数可控制性和不可逆转性，全盛的防伪标专难以仿制，在激光全息防伪领域有着良好的应用前景。     

在光致聚合物中采用脉冲激光记录全息图的记录条件研究

在蓝绿敏光致聚合物材料中,用532 nm激光器作为光源,在等光强不同重复频率和等重复频率不同光强条件下分别进行全息记录,用红光进行动态读出,获得两种记录条件下的衍射效率曲线.实验结果表明,在近连续脉冲光下进行全息记录时,较低重复频率和较低光强的脉冲激光能够明显提高光致聚合物光栅的最高衍射效率,通过优化脉冲激光的重复频率和平均光强,可以在材料中记录衍射效率最高的全息图.     

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.     

Pulsed digital micro-holography of femto-second order by wavelength division multiplexing

Wavelength division multiplexing (WDM) used in a pulsed digital micro-holographic system to record ultra-fast processing of the order of femto-second is reported for the first time, where a BBO crystal is used to generate harmonic wave of the incident laser wave, and both of the basic and the frequency doubled waves are time-delayed and introduced to a Michelson’s interferometer to record two sub-holograms with different spatial frequencies on a single frame of a CCD by WDM. In the experiment, an ultra-fast dynamic process of air ionization induced by a single femto-second laser pulse is holographic recorded by this system, and both of intensity and phase difference images digitally reconstructed are obtained through Fourier transformation and digital filtering, which shows clearly the dynamic process of formation and propagation of the plasma, with a time resolution of the order of femto-second.     

利用相位模板实现数字全息超分辨成像

为了简化数字全息超分辨记录系统,分别在其物光和参考光部分引入一块相位模板,以获得垂直和倾斜方向照明物体的光束和具有不同载波频率的参考光束.当这些具有不同照射方向的光透过物体后,可以使CCD在位置固定的情况下记录到携带低频和高频信息的物体衍射场,不同载波频率的参考光则保证了高频和低频信息在复合全息图的频谱面上能够相互分离.实验结果证明,通过将记录到的物体高频和低频信息合成,可以获得超出系统衍射极限分辨率的再现像.     

采用短相干光数字全息术实现反射型微小物体的三维形貌测量

针对反射型微小物体，设计了一种可在三维形貌测量中实现微小物体分层记录的短相干光源无透镜傅里叶变换数字全息记录系统，并利用该系统对锥形微孔壁实现了分层记录.该系统可通过调节待测物体的位置，改变全息记录中的物光光程，从而获得重构三维物体所需要的一系列子全息图.该系统具有光路简洁，系统的附加误差小的特点.实验测量的轴向误差约为3.5%，横向误差约为2.6%.此外，在三维重构的过程中，为避免因散斑噪声较大而无法利用位相信息进行三维重构的情况，采用了最小二乘多项式拟合方法，将微小物体的一系列再现强度图像进行三维重构.由于避免了复杂的相位展开，所以不但运算简单，而且具有较强的抗散斑噪声能力.     

Pulsed digital holography system recording ultrafast process of the femtosecond order

We report, for the first time to our knowledge, a pulsed digital microholographic system with spatial angular multiplexing for recording the ultrafast process of the femtosecond order. The optimized design of the two sets of subpulse-train generators in this system makes it possible to implement a digital holographic recording with spatial angular multiplexing of a frame interval of the femtosecond order, while keeping the incident angle of the object beams unchanged. Three pairs of amplitude and phase images from the same view angle digitally reconstructed by the system demonstrated the ultrafast dynamic process of laser-induced ionization of ambient air at a wavelength of 800 nm, with a time resolution of 50 fs and a frame interval of 300 fs.     

动态微粒场诊断用全息光路的设计与分析

本文分析了动态微粒场测试的特点,设计了一种适合于动态微粒场用脉冲激光全息诊断的全息光路,并从理论上进行了分析。使用这种全息光路记录的微粒场全息图,当用记录参考光,而不是它的共轭光照明再现时,就能获得微粒的实象,因而,使得参考光类型的选择更加灵活。同时,由于光路设计上还考虑了参物光之间的空间相干性的匹配,故降低了对激光器横模的要求。     

Lensless digital holography with short-coherence light source for three-dimensional surface contouring of reflecting micro-object

In this paper, a new lensless digital holography system with short-coherence light source is reported for recording three-dimensional surface contouring of reflecting micro-objects. In the experiment, each of the layers on the inwall of a conical pore is respectively recorded by changing the path length of the object beam, instead of changing that of the reference beam, which can reduce the recording complexity and errors. In addition, the least-square-polynomial-fitting is used for the first time to carry out three-dimensional reconstruction with a series of two dimensional intensity images of a micro-object, which can be used not only to reduce obviously the complication of the three-dimensional reconstruction, but also to carry out three-dimensional reconstruction of a micro-object with strong laser speckle noise, of which the phase images can not be obtained from the conventional phase unwrapping process.     

菲涅耳非相干数字全息大视场研究

菲涅尔非相干相关全息术(Fresnel incoherent correlation holography, FINCH)通过空间光调制器(spatial light modulator, SLM)将来自物点的光波分解为曲率半径不同的两束自相干光,干涉条纹由CCD记录.由于受限于SLM与CCD的像素数目及像素尺寸, FINCH技术与光学全息术相比记录视场要小得多.本文通过对FINCH系统的记录过程进行理论分析,给出了SLM所能记录的视场角,说明通过调控加载在SLM上的双透镜光轴中心,能够扩大SLM的有效直径从而将SLM的有效记录范围增大2.77倍,有效扩大了系统的记录视场.搭建了非相干光反射式数字全息记录系统并对理论分析进行了实验验证,结果表明:在SLM上依次加载不同光轴中心位置的双透镜掩模进行FINCH记录及再现,将得到的各子图像拼接融合可以得到高分辨率大视场图像,为菲涅尔非相干全息术在高分辨大视场显微成像的进一步应用提供了有力支撑.     

Quasi-common path three-wavelength holographic interferometer based on Wollaston prisms

This article presents a digital three-wavelength holographic interferometer based on the use of two Wollaston prisms. This provides an in-line setup with quasi common-path and as a consequence there is no additional independent reference wave to be added. Thus, immunity to external perturbations such as vibrations or thermal perturbations is achieved. Furthermore, the set-up exhibits a single shot and real time capability which is very useful to study dynamic events. By using the two Wollaston prisms in an astigmatic configuration, spatial carrier frequencies can be adjusted both in amplitude and orientation. The digital hologram processing is based on Fourier processing and filtering around the carrier spatial frequency so that phase shifting is not required. The use of three wavelengths leads to visualizing directly the zero order fringe and regions for which there is no air density variation in a dynamic flow. Experimental proof of concept is demonstrated with a supersonic jet when the injection pressure varies.