数字微镜器件闪耀特性及其在全息显示中的应用

为了提高数字微镜器件的空间光调制性能,发挥其在全息显示和三维重构等方面的作用,研究了数字微镜器件的闪耀特性.结合数字微镜器件的物理结构,利用反射光栅理论分析了数字微镜器件的闪耀规律,进行了理论计算与实验修正,得出了其存在四个相对闪耀状态的结论,而通常实验所要求的24°角入射,为出现相对闪耀状态的最小入射角.据此,可在全息显示中选择恰当的入射角,改变数字微镜器件的闪耀状态,增强全息再现的视觉效果.以傅里叶变换全息为例进行了具体应用研究,通过再现光入射角的调节,可实现闪耀级次的调整,并增强了再现的视觉效果.实验表明,分析结果是正确的.     

数字微镜器件闪耀特性及其在全息显示中的应用

为了提高数字微镜器件的空间光调制性能,发挥其在全息显示和三维重构等方面的作用,研究了数字微镜器件的闪耀特性.结合数字微镜器件的物理结构,利用反射光栅理论分析了数字微镜器件的闪耀规律,进行了理论计算与实验修正,得出了其存在四个相对闪耀状态的结论,而通常实验所要求的24°角入射,为出现相对闪耀状态的最小入射角.据此,可在全...     

余弦二值编码纯相位全息图的数字微镜器件显示

分析了采用错误减算法的迭代过程,在已知物波函数傅里叶谱的振幅和物波函数振幅的情况下恢复出纯相位的物波函数,最大限度地保留物波的振幅及相位信息.提出采用余弦二值编码生成二值全息图,即全息图的透射率函数取0或1.二值全息图通过数字微镜器件全息显示系统进行了重构显示,重构效果很好.理论分析了数字微镜器件的衍射效率,表明其最大衍射效率仅和微镜之间的间隔尺寸与微镜边长之比有关.余弦二值编码方法从理论上消除了零级衍射,可以制作像素较多的全息图.     

数字微镜器件的相位调制性质

为了提高数字微镜器件(DMD)的空间光调制性能,发挥其在光信息处理中的作用,研究了的数字微镜器件相位调制性质。通过分析数字微镜器件的微观物理结构,考察了数字微镜器件的光栅特性;从计算的角度研究了其对相干光波的相位调制,并给出数学描述和实验结果。重点研究了数字微镜器件的衍射光栅特性,分析了其工作原理及微镜偏转导致的镜片空间相对位置的改变,利用闪耀光栅理论计算了偏转微镜间的相位差,得出了数字微镜器件光栅的闪耀规律,实现了闪耀状态。提出了利用不同方向的微镜列状态研究数字微镜器件相位调制性质的方法,推导和模拟了关于数字微镜器件的微结构和工作原理,在数字微镜器件光调制研究方面提供了一些结果,对数字微镜器件在信息光学中的更广泛应用有一定意义。     

基于数字微镜器件改进的罗曼编码

全息光刻可通过空间光调制器数字微镜器件（DMD）加载计算全息图构建数字掩膜来实现,罗曼编码是常用的编制计算全息图的方法,它采用透明矩形孔的高度和位置分别编码全息图抽样单元的幅值和相位。通常,DMD再现此类二元全息图需合并多个微镜来表示单个矩形孔,这会大大降低其像素利用率和分辨率。针对这个问题,提出一种改进的罗曼编码,该编码充分利用DMD的二进制脉宽调制特性,采用灰度值编码全息图抽样单元的幅值,将全息图的透过率由二元型转换成灰阶型,从而有效减少单个抽样单元所占用的微镜数。采用MATLAB编程对改进的罗曼编码和博奇编码计算全息图进行模拟再现分析,得到改进的罗曼编码衍射效率约是博奇编码的3倍。以DMD为核心搭建了全息再现实验,得到改进的罗曼编码衍射效率约是博奇编码的2倍。可得出采用改进的罗曼编码可以显著提高衍射效率。     

全息图像缩放对数字微镜重建显示的影响研究

根据人眼对数字微镜器件成像的响应性质,给出了数字微镜器件重建场的强度表达式.当CCD的面元尺寸与数字微镜器件的镜元尺寸不相等时,在数字微镜器件重建显示系统中将引起数字全息图像的缩放.基于傅里叶光学理论,导出了缩放后数字全息图数字微镜器件重建像的尺寸和中心位置与重建参量的关系.通过理论模拟和数字微镜器件重建显示实验,对分析结果进行了实验验证.     

全息图像缩放对数字微镜重建显示的影响研究

根据人眼对数字微镜器件成像的响应性质,给出了数字微镜器件重建场的强度表达式.当CCD的面元尺寸与数字微镜器件的镜元尺寸不相等时,在数字微镜器件重建显示系统中将引起数字全息图像的缩放.基于傅里叶光学理论,导出了缩放后数字全息图数字微镜器件重建像的尺寸和中心位置与重建参量的关系.通过理论模拟和数字微镜器件重建显示实验,对分析结果进行了实验验证.     

数字微镜用于菲涅耳衍射全息显示的理论研究

导出人眼感觉的菲涅耳衍射全息的数字微镜重建场强度表达式.基于数字微镜每显示周期8幅二值图形成灰度图的机制,比较了每周期8幅及256幅二值图方案时菲涅耳衍射全息的显示质量.结果表明,数字微镜显示图像的质量低于数字全息波面重建质量.存在优化控制数字微镜提高显示图像质量的可能性.     

利用单幅同轴菲涅耳数字全息图重构物光波面

在数字全息研究中,为了充分利用CCD器件有限的卒间带宽积,常采用同轴全息记录.然而用同轴全息图再现时,再现物光波和共轭物光波是混在一起无法分开的.有效消除同轴全息图再现光波场中的共轭像是数字全息应用中的一项关键技术.基于菲涅耳衍射运算和逆运算,提出一种用同轴数字全息图重构物光波面的迭代算法.该方法利用同轴全息图再现时,再现物光波和共轭物光波衍射特性的不同来剔除共轭物光波成分,从而将再现物光波成分有效分离出,实现单幅同轴全息图的物光波面数值重构.计算机模拟实验证明了该方法简单易行.     

数字微镜器件在光学矢量矩阵乘法器中的特性及应用分析

为了分析数字微镜器件在矢量矩阵乘法器中作为空间光调制器的可行性,根据数字微镜器件（DMD）以及光学矢量矩阵乘法器的基本结构原理,设计了应用2块DMD的光学矢量矩阵乘法器,此系统中由两片数字微镜器件分别完成光学矢量和矩阵的输入。从理论分析及实验两方面对DMD的光学特性表现以及它对乘法器的计算性能影响进行了研究,得到的结果与预期相符合。实验结果表明通过矩阵编码、选择级次等方法可有效降低干涉衍射对矢量矩阵乘法器影响。这对光学矢量矩阵乘法器的结构优化设计、编码规则研究具有一定的参考价值,有利于促进光学乘法器的关键应用技术研究,对光学矢量矩阵乘法器的设计具有一定的指导意义。     

Holographic storage of three-dimensional image and data using photopolymer and polymer dispersed liquid crystal films

We present holographic storage of three-dimensional(3D) images and data in a photopolymer film without any applied electric field.Its absorption and diffraction efficiency are measured,and reflective analog hologram of real object and image of digital information are recorded in the films.The photopolymer is compared with polymer dispersed liquid crystals as holographic materials.Besides holographic diffraction efficiency of the former is little lower than that of the latter,this work demonstrates that the photopolymer is more suitable for analog hologram and big data permanent storage because of its high definition and no need of high voltage electric field.Therefore,our study proposes a potential holographic storage material to apply in large size static 3D holographic displays,including analog hologram displays,digital hologram prints,and holographic disks.     

基于液晶空间光调制器的全息显示

在传统的纯相位全息显示系统中, 一般基于快速傅里叶变换(FFT)算法来计算相位全息图, 在FFT的计算中需要遵循Nyquist采样定理, 因此, 重建图像的尺寸往往受限于空间光调制器的固定采样率. 这个限制可以通过卷积算法或者两步菲涅耳衍射算法来解决, 但是需要使用多个FFT的计算, 导致计算量增大. 鉴于此, 提出了一种基于透镜的纯相位全息图计算方法. 在全息图的计算中, 通过透镜的成像原理建立一个采样率可变的虚拟全息面, 通过调节相应的距离参数使得在全息图的计算中可以任意调节原始图像的采样率, 摆脱了传统方法中液晶空间光调制器带宽积对重建图像尺寸的限制, 并且这种算法只需使用一次FFT就能达到变采样率的衍射计算, 大幅提高了全息图的计算速度. 数值模拟及光学实验结果证明了此方法可以在全息显示光学系统中清晰地重建不同尺寸的图像. 同时该系统可以有效地消除由空间光调制器的像素化结构带来的零级衍射.     

Research on true color computer generated hologram by lensless Fourier transform

Based on the theory of scalar diffraction, this paper makes research on the process of hologram reconstruction of true color calculation by lensless Fourier transform, and gives its algorithm on the basis of the angular spectrum theory as well as the instances of color image reconstruction under the red, green and blue colors wavelength. In order to eliminate the influence of color difference on the reconstructive image, this paper analyzes the causes of the color difference, and puts forward the method of interpolation reconstruction to the object information in the process of hologram reconstruction, so as to eliminate the color difference. With the advantages of computer generated holographic, the high-quality color hologram by lensless Fourier transform based on the angular spectrum theory has been realized, and the results of corresponding numerical simulation are given. The results show that the method in the paper can effectively eliminate the color difference caused by different wavelength, and the experimental results validate its feasibility.     

转拍白光再现全息肖象的研究

本文介绍了我们在转拍白光再现的全息肖象方面的研究工作.讨论了拍摄工作中所需要特别注意的若干问题.如:参物光束比的选择、肖象尺寸大小的估算、视角的估算、获得高衍射效率的化学处理的方法、获得高信噪比的化学处理的方法等.     

Recording Fractional Fourier Transform Hologram Using Holographic Zone Plate

FRTH(fractional Fourier transform hologram) is a new kind of hologram that differs from common Fresnel holograms and Fourier transform holograms. Due to the flexibility of zone plate. A method that uses the -1 order diffraction wave of zone plate as the object wave and the 0 order diffraction wave as the reference wave to record FRTH is presented. It provides a new simple way to record FRTH. In this paper, the theory of achieving FRT and recording FRTH using holographic zone plate is presented and experimental results are given.     

Recording Fractional Fourier Transform Hologram Using Holographic Zone Plate

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　ＦＲＴ(ＦｒａｃｔｉｏｎａｌＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ )ｗａｓｆｉｒｓｔｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｂｙＮａｍｉａｓｉｎ 1 980ａｓａｍａｔｈｅｍａｔｉｃｔｏｏｌｉｎｑｕａｎｔｕｍｍｅｃｈａｎｉｃｓ[1] .Ｉｎ1 993,ＭｅｎｄｌｏｖｉｃａｎｄＯｚａｋｔａｓｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｔｈｅＦＲＴａｔｏｐｔｉｃａｌｆｉｅｌｄｗｈｅｎｔｈｅｙｓｔｕｄｉｅｄｇｒａｄｉｅｎｔｉｎｄｅｘ (ＧＲＩＮ )ｆｉｂｅｒ[2 ] ａｎｄａｐｐｌｉｅｄｔｈｅｐｕｒｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃｆｏｒｍｕｌａｔｉｏ…     

Design of the Optimum Holographic Optical Element Lens Using the Hologram Computer-Aided Design Tool

A hologram CAD (computer-aided design) tool capable of designing holographic optical element (HOE) is described. We have been developing this tool which is specialized for holograms. An optimum HOE lens with high diffraction efficiency and diffraction limited imaging characteristics is designed with the tool by applying a computer generated hologram (CGH) which generates an aspherical wave. The imaging characteristics of the HOE lens are experimentally verified and desirable results are obtained.This paper was originally presented at the 2nd International Conference on Optical Design and Fabrication, ODF2000 which was held on November 15-17, 2000 at the International Conference Center, Tokyo, Waseda University, Japan.     

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干扰,提高重建像质量,一种方法利用空间光调制器相移技术在参考光中加入一次任意相移,记录两幅数字全息图,消除重建零级像|另一种方法使用“无干扰全息图”消除重建零级像及共轭像.本文讨论结果可为大物体彩色数字全息及多波长数字全息检测应用提供有益的参考.     

Mode theory of three-dimensional superimposed holograms: III. Hologram crosstalk

Crosstalks of three-dimensional superimposed holograms, caused by multiple wave diffraction at crossmodulation and intermodulation hologram gratings, were studied. It was shown that the intensity of these interferences depends on the method of data coding in physical parameters of hologram object waves during holographic recording. A coding method efficiently lowering the interference intensity was considered.