超小自聚焦光纤探头的研究进展

梯度折射率（Gradient-index，GRIN）光纤探头是一种全光纤型超小光学镜头，在心血管等狭小空间组织内窥影像检测中具有广阔的应用前景。但其发展一直缺少系统的理论体系。本文讨论探头设计、制作和性能测试等方面的关键问题。基于GRIN光纤探头聚焦性能的特征参数，对解析设计方法与数值仿真设计方法进行比较分析。针对超小GRIN光纤探头的制作难题，研究一种光纤熔接和切割的高精度一体化集成装置，描述GRIN光纤探头的制作方法。此外，分析了超小GRIN光纤探头聚焦性能检测的方法及装置。本文为超小GRIN光纤探头的设计、制作及性能测试提供了一个方法体系。     

Holographic imaging of full-color real-existing three-dimensional objects with computer-generated sequential kinoforms

We propose a computational method for generating sequential kinoforms of real-existing full-color threedimensional (3D) objects and realizing high-quality 3D imaging.The depth map and color information are obtained using non-contact full-color 3D measurement system based on binocular vision.The obtained full-color 3D data are decomposed into multiple slices with RGB channels.Sequential kinoforms of each channel are calculated and reconstructed using a Fresnel-diffraction-based algorithm called the dynamicpseudorandom-phase tomographic computer holography (DPP-TCH).Color dispersion introduced by different wavelengths is well compensated by zero-padding operation in the red and green channels of object slices.Numerical reconstruction results show that the speckle noise and color-dispersion are well suppressed and that high-quality full-color holographic 3D imaging is feasible.The method is useful for improving the 3D image quality in holographic displays with pixelated phase-type spatial light modulators (SLMs).     

空间光调制器曲面拼接实现全息三维显示视角拓展

本文对多空间光调制器不同拼接方式拓展全息三维再现像视角的方法进行了分析,基于多片空间光调制器拼接拓展视角的思想,利用平面反射镜、分光镜和两片透射式空间光调制器设计了曲面拼接系统,进行了全息三维再现像的视角拓展实验研究。用该系统对四棱锥物体的层析菲涅尔衍射全息图进行再现,结果表明,总视角由基于单片空间光调制器的1.7°增大到3.2°,即拓展到约1.9倍,分光镜能够消除两片空间光调制器间的间隙,实现无缝拼接。该方法同样适用于更多空间光调制器的曲面拼接中,可以有效地拓展全息再现像的视场角大小。     

基于数字显微全息技术的相位光栅结构测量

以相位光栅为实验对象,开展了基于数字显微全息技术的相位物体三维显微结构信息的再现研究.在Mach-Zender透射式实验系统的基础上,分别采用显微物镜和无透镜放大方式,对相位光栅进行放大,以提高系统横向分辨率.在显微物镜放大系统中,菲涅耳近似数值再现算法与双波长技术相结合,抑制主要系统噪音,获得相位光栅的显微结构三维分布.在无透镜放大数字显微全息系统中,分别利用菲涅耳近似法和卷积方法再现原始物波前,并提出相减法消除系统主要球面误差,获得相位光栅的深度信息.实验结果与Veeco干涉仪测试结果比对表明,光栅周期和深度结构与干涉仪测试数据相符.     

数字全息光电再现中像的大小调整方法的研究

从数字全息光电再现的基本原理出发,分析了数字全息光电再现影像大小和再现距离的关系,推导了计算公式.建立了数字全息光电再现实验系统,用数字微反射镜器件（Digital Micro-mirror Device,DMD）的空间光调制器（Spatial Light Modulator,SLM）对光学记录的头像数字全息图进行了光电再现,并给出了实验结果.     

彩色全息显示中液晶空间光调制器位相调制偏差的矫正方法

采用三基色激光照明并结合时分复用或空间复用技术,可实现基于液晶空间光调制器(LC-SLM)的彩色全息显示.但由于在不同激光波长入射条件下LC-SLM的位相调制特性曲线不同,难以同时满足多波长入射条件下2π线性位相调制的要求,致使彩色全息再现结果受到共轭像和零级斑的干扰.针对该问题,本文通过实验测试获得LC-SLM在不同波长入射时的位相调制特性曲线,并分析了RGB激光器各分量的位相调制特性曲线非线性偏差和调制幅度偏差对多阶位相型傅里叶变换相息图再现效果的影响.根据"查表法"建立了各波长入射条件下满足2π线性位相调制的灰度映射关系,并对RGB分量相息图进行修正.通过对修正前后RGB分量相息图的数值模拟再现和光电再现实验与分析,结果表明:该方法有效地克服了LC-SLM位相调制特性曲线偏差的不利影响,从而改善了彩色全息显示中各分量相息图的再现质量.     

High-quality three-dimensional holographic display with use of multiple fractional Fourier transform

In order to realize holographic display of three-dimensional （3D） objects and suppress zero-order light, conjugate image, and speckle noise, a novel method is proposed based on multiple fractional Fourier transform （M-FrFT） for cMculating holograms of 3D objects. A series of kinoforms are generated by adding pseudorandom phase factor （PPF） to object planes in calculating each kinoform, and generating the PPF randomly again in the next kinoform calculation. The reconstructed images from kinoform sequence are superposed together in order to suppress the speckle noise of reconstructed image and improve the contrast and detail resolution of the reconstructed images. The qualities of reconstructed images from single amplitude hologram, single kinoform, and kinoform sequence calculated by M-FrFT are compared. The effects of suppressing speckle noise are analyzed by calculating the speckle index of numerical reconstructed images. The analytical results illustrate that, with the proposed method for 3D holographic display, the zero-order light, conjugate image, and speckle noise can be suppressed, and the qualities of reconstructed images can be improved significantly.     

基于数字闪耀光栅的位相全息图光电再现优化

针对利用液晶空间光调制器（LC-SLM）进行全息图光电再现过程中,再现像面存在多级衍射像造成单一像能量利用率低的问题,提出了一种在位相全息图中加载数字闪耀光栅的方法,以提高全息图光电再现中单一衍射像的衍射效率.分析了闪耀光栅作为衍射光学元件的特性及其对光波进行位相调制的原理,并阐述了在LC-SLM中加载数字闪耀光栅对位相全息图光电再现时像面能量分布的影响.搭建了基于LC-SLM的位相全息图光电再现实验系统.理论分析表明：在其他条件不变的情况下,加载竖直（或水平）槽向周期为2 pixels的数字闪耀光栅可使 关键词： 全息光电再现 位相全息图 数字闪耀光栅 液晶空间光调制器     

少量投影数字全息层析重建实验研究

提出了少量投影数字全息层析重建技术.以具有轴对称结构的光纤和非轴对称结构的石膏头像为实验样本,开展了基于单幅全息图和代数迭代重建算法的层析重建模拟分析及实验研究.模拟分析表明,代数迭代重建算法中的加权因子以及松弛因子对重建图像质量影响显著,因此对加权因子采用非线性加权计算方法,以及通过多次模拟重建结果的比较选择合适的松弛因子.层析重建实验结果表明,无论被测物体是轴对称结构或是非轴对称结构,少量投影数字全息层析重建是可行的,也是有效的.这为下一步针对生物样本内部多层折射率检测和基于单幅层析全息图实现三向实时数字全息层析重建技术研究提供了必要的基础.