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.     

数字全息显微像平面相位畸变的自动补偿研究

对离轴数字全息显微相位畸变的自动补偿进行了理论和实验研究。首先对由CCD记录的数字全息图采用平均梯度自聚焦方法确定最佳再现距离,然后将修正的虚拟参考光作用于切趾滤波后的全息图进行数字再现,经像平面相位自动补偿后得到无畸变的物体相位分布。该方法仅需记录一幅离轴数字全息图就可以自动快速地重建物体的真实相位信息。     

数字全息显微测量技术的发展与最新应用

数字全息显微测量技术是检测显微样本微观结构的重要手段,具有系统简单、非入侵、动态性好等特点,是一种很好地具有应用前景的技术。综述了数字全息显微测量技术的发展,分析并比较了数字全息显微测量技术与其它显微测量技术的特点;归纳并分析了数字全息显微测量技术的典型光路系统及其特点;总结了数字全息显微测量技术的数值再现算法和误差抑制技术;列举了数字全息显微测量技术的最新应用。     

数字全息显微术对细胞的研究

通过数字全息显微的方法分析研究了新鲜洋葱表皮细胞的形貌结构. 根据全息理论、光的衍射理论和透镜的相位变换性质,从理论上分析了数字全息显微原理,并依据四步相移和最小二乘去包裹技术,研究了重构细胞相位的方法.分析比较了不同参考光对数字全息显微分辨率的影响,设计了用球面光波作为参考光记录数字全息显微的装置.以新鲜洋葱表皮细胞为样本完成了实验检测和相位重构,得到了细胞的相位和三维信息,并粗略估计了细胞宽度和厚度.系统分辨率达到了1.3 μm.     

数字全息显微术中三种相位展开算法的比较研究

为了解决数字全息显微术相位重建中的欠采样问题,引用一种基于横向剪切干涉术的改进型最小二乘法相位展开算法,并与基于离散余弦变换的原始最小二乘法算法以及质量图导向路径算法进行比较。采用欠采样高斯函数进行计算机模拟,并进行了实验验证,结果表明了横向剪切干涉术方法的有效性。上述改进型最小二乘法相位展开算法在解决包裹相位图中的欠采样问题更有效,从而能够更精准地重建物体的相位信息。     

反射式数字全息显微术对细胞的研究

根据全息理论和光的衍射理论,理论分析了数字全息显微术原理,并依据四步相移和最小二乘相位展开技术,研究了重构细胞相位的方法.设计了用球面光波作为参考光的反射式数字全息显微光路,通过反射式数字全息显微术的方法分析研究了新鲜洋葱表皮细胞的形貌结构.实验以新鲜洋葱表皮细胞为样本,完成了实验检测和相位重构,得到了细胞的相位和三维信息.分析表明,系统理论分辨率应达到0.8 μm.     

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.     

像面数字全息的重建相位误差分析和改善

像面数字全息是数字全息技术中常用的测量和成像方式,它通常采用离散傅里叶变换和频率滤波的方法进行物光波的重建.本文讨论了这些算法对重建相位的影响.首先分析了频谱泄露对于相位误差的影响,结果表明当采样周期为整数时,重建相位误差很小,因此具有极高的相位重建精度;而当不满足整周期采样时,相位重建误差有了明显的增加.为了改善频谱泄露所引起的相位误差,采用Hanning函数对数字全息图进行了预处理,结果表明Hanning窗的加入能够有效地提高重建相位的准确程度.     

双Lloyd镜数字全息显微测量术

提出了一种双Lloyd镜数字全息显微测量技术.其基本思想是将Lloyd镜的共光束自干涉特性与双波长光学相位解包裹方法相结合,使用两个Lloyd镜调节参考光与物光夹角以形成共光束自干涉,从而获得一张双波长复合全息图,再通过角谱法再现得到每个波长对应的包裹相位,利用两波长的相位差求得解包裹后的相位图和三维高度分布图.采用532和632 nm两波长记录全息图,通过数值再现重构被测物体的振幅和相位信息.与标定值相比,实验值的误差小于5%,证明了该方法的有效性.     

数字全息显微中相位像差校正技术综述

数字全息显微技术是数字全息技术与显微技术的结合,兼备两种技术的优点,为微纳领域的定量三维测量提供了一种无损、无标记、准确和近实时的测量手段。然而,由于元件缺陷和失调以及环境扰动等原因,会在数字全息显微测量结果中额外引入相位像差。为了获得准确的定量相位测量结果,必须对像差成因和主要成分进行分析,然后补偿和校正像差。这篇综述介绍了数字全息显微成像测量中主要的像差来源和影响,基于实现的方式对现有的像差校正方法进行了综述,并展望了未来像差校正领域的发展方向,为从事数字全息检测研究的研究者提供参考。     

内腔自适应光学系统校正激光器畸变

固体激光器中,增益介质由于热沉积产生的热畸变严重影响了激光器的稳定性、输出功率和光束质量。研究了一种内腔自适应光学系统校正激光器腔内畸变的方法,利用微机电变形反射镜作为固体激光器的内腔全反射镜,通过控制变形镜的面型改善激光器输出光束的模式及功率。从腔外引入的一束信标光通过激光器内腔后反射出腔外,用波前探测器可测得激光器工作时腔内畸变对此信标光的影响,并通过搭建的自适应光学系统平台可闭环校正此畸变。实验结果表明,闭环校正后,激光器的输出功率提高了近3倍,且激光光束质量得到了明显的改善。     

共轭读出法消除光致变色材料全息记录中的相位畸变

采用有机光致变色材料-吲哚俘精酰胺/PMMA薄膜作为可擦写全息记录介质,建立了一种能消除全息光存储中相位畸变的光路.此光路采用参考光的相位共轭光再现全息图,能有效消除物光路中由于光学元件失调和记录材料缺陷引起的相位畸变,是全息光存储中提高再现像像质的一种有用光路.     

结构光测量中的高精度相位误差补偿算法

在模拟分析投影仪伽马非线性对相位误差影响的基础上,提出一种直接分析投影光栅特征并建立相位误差查找表的算法.对相位误差进行补偿.该算法通过分析一组投射到标准白色平板上的光栅图像,确定光栅相位值与相位误差的对应关系,并量化存储在一个查找表中,测量过程中使用查找表对相位误差进行补偿.实验结果表明.该方法可大大降低由投影仪伽马非线性引起的相位误差,系统测量精度达到0.043 mm,比误差补偿前提高了5.6倍.     

结构光测量相位波动误差补偿方法研究

在计算机仿真分析投影仪伽马非线性特性对包裹相位波动误差影响的基础上,提出一种面向相移结构光测量的相位波动误差补偿方法.该方法采用二次多项式最小二乘拟合的方法近似输出条纹光强分布,实现包裹相位波动误差的补偿,减小投影仪非线性导致的系统测量误差.此方法简单,运算量小,不依赖环境光源及投影仪、摄像机具体参数,具有很强的通用性...     

Derivative Form of Off-axis Aberration Correction Surface and Its Application in Solar Energy Concentration

By using the derivative method, we obtained the same result with that of the previous work of Chen et al. in 2006. Different from the integral form, the derivative form of the surface expression published in this paper is derived from differential equation and based on the theory of non-imaging focusing heliostat proposed by Chen et al. in 2001. The comparison of the derivative form of fixed aberration correction surface has been made with that of integral form surface as well as that of spherical surface in concentrating the solar ray.     

光学腔内两正交偏振模振幅和相位的补偿

本文开展了光学腔内两正交偏振模振幅和相位补偿的实验研究。通过采用特殊腔型和两个λ/2波片,补偿腔内反射镜对水平偏振模和垂直偏振模的反射率差异,使两个偏振模的输出振幅相等。利用一组λ/4-λ/2-λ/4波片补偿光学腔内水平偏振模和垂直偏振模的相位差,使两个模的输出重合。通过上述的振幅和相位补偿方法,可实现任意偏振光经过环形腔后偏振不变,为任意偏振比特在腔内冷原子系综中的高效率高保真度存储提供了实验基础。     

全光纤Mach-Zehnder干涉仪相位补偿的研究

阐述了一种由2×2耦合器和3×3耦合器构成的光纤Mach-Zehnder干涉仪(MZI),推导了干涉仪三个输出端光功率的表达式.由于光纤本身的特性,光纤构成的MZI容易受到外界环境的影响,针对这一问题,采用了一种平衡检测相位补偿方法.该方法是通过两个PIN分别对3×3耦合器两路光信号进行接收,并对两路光信号进行差动放大.实验表明该方法可以很好地消除外界环境对MZI干涉效果的影响.     

离轴三镜系统光学元件间补偿关系研究

分析了离轴三镜系统中光学元件调整变量间的补偿关系和面形误差与调整变量间的补偿关系.调整变量中偏心变量和倾斜变量的位置失调常常会产生同种像差,存在一定的相关性.从失调像差理论出发,通过平衡偏心变量和倾斜变量产生的初级像差,得到偏心变量和倾斜变量间的补偿关系.利用Zernike多项式模拟面形误差,建立面形误差与初级像差的关系,使面形误差与调整变量联系起来.通过计算机模拟,给定光学元件一定的面形误差,然后调整光学元件的偏心、倾斜和横向位移进行补偿,发现当次镜带有1λ像散的面形误差时,补偿后系统波前误差只下降了0.01λ RMS.     

组合变形镜对板条固体MOPA激光波前畸变校正（英）

提出了一种利用组合变形镜校正板条MOPA固体激光器像差的方法,并通过实验验证其有效性。通过将一个11单元的一维变形镜和一个67单元的二维变形镜组合,有效降低了单个二维变形镜波前校正过程中驱动器间的电压差,从而提高了二维变形镜的使用安全性,并在一定程度上改善了校正后波前畸变的空间分布,降低了波前畸变残差。实验结果表明,一维变形镜与二维变形镜的组合能高效地校正板条MOPA固体激光器的波前畸变,波前残差均方根值小于0.08 m,远场光束质量因子可达1.67。