双波长数字全息相位解包裹方法研究

使用两个不同的波长分别记录数字全息图,分别由数值再现得到每个波长对应的包裹相位图,再求得两者的相位差得到等效波长的相位图,通过此双波长相位解包裹方法得到连续的相位分布以消除相位包裹。通过数值模拟研究了双波长相位解包裹方法,搭建了双波长数字全息实验系统,并利用660nm和671nm两个波长的激光对标准石英平片和平凹透镜进行了相衬成像。通过双波长相位解包裹方法得到了连续的相位分布,实验结果与数值模拟结果具有较好的一致性,证明了双波长相位解包裹方法的有效性。     

共轭对称延拓傅里叶计算全息

提出一种计算全息算法,将物光波进行共轭对称延拓,经快速傅里叶变换直接生成实函数,其中包含物光波的幅度和相位信息,可编码得到灰度全息图.利用此全息图可清晰地再现原物光波.通过共轭延拓生成计算全息图的方法与以往基于干涉的计算全息不同之处在于,这里并不需要模拟物光和参考光的干涉,计算效率很高.利用生成的全息图在数字再现和光电再现实验中均获得了良好的效果.理论推导和实验结果都验证了算法的有效性. 关键词： 计算全息 共轭对称 数字再现 光电再现     

基于光学涡旋相移技术的离面位移测量

设计了基于光学涡旋相移技术的离面位移测量实验方案,实现了电子散斑干涉中相移的数字控制.该方法利用输入液晶空间光调制器中的叉形光栅产生涡旋光束,通过涡旋光束绕轴的旋转产生相移;同时,产生的涡旋光束又作为参考光与物光干涉.实验中,在物体发生离面位移前后依次输入四幅叉形光栅,产生相移步长为π/2的涡旋光束,利用CCD获得涡旋光与物光的干涉光场,从而获得离面位移场的包裹相位;再通过解包裹,获得物体离面变形的相位变化.光学涡旋相移法可应用于离面位移测量.     

混合型双光束干涉全息照相的设计与探究

基于单光束干涉和一般的双光束干涉全息照相实验，本文设计了一种反射透射混合型双光束干涉光路，从理论上分析了两束物光与一束参考光干涉叠加后在全息干板上的强度分布情况，通过对照实验：拍摄只有反射物光的单光束干涉光路、只有透射物光的单光束干涉光路、反射透射混合型双光束干涉光路的全息图，对比分析成像效果，结果表明本文设计的光路拍摄得到的全息图成像更完整、更清晰、层次感更强；并进一步通过控制变量法，改变不同的影响因素，进而提高全息图的成像质量。经过多次探究，结果表明，当使用GS-I型全息干板，使用功率约为2.23mW、波长为632.8nm的氦氖激光器拍摄全息图时，控制曝光时间为15s,反射物光与参考光之间的夹角为25°～35°,透射物光与参考光之间的夹角为20°～30°,反射物光、透射物光与参考光的光强比约为1∶1∶1,全息图整体成像效果最佳。     

数字全息术测定涡旋光束拓扑电荷数

提出了一种基于数字全息技术测定涡旋光束拓扑电荷数的方法.该方法通过数字全息技术获取涡旋光束和参考光的全息图并重构出涡旋光束的波前相位,判定相位围绕相位奇点的周期性分布来测定涡旋光束的拓扑电荷数.在拓扑电荷数取值分别为整数和分数的情况下,通过对数值模拟和实验结果的比较,表明该方法能够较准确地测定出拓扑电荷数.     

菲涅耳数字全息图的Gabor小波变换再现法

提出了一种基于Gabor小波变换的菲涅耳全息图的数值再现方法,实现无需空间滤波处理,即可对物光波进行数值再现.给出Gabor小波变换以及小波变换脊的定义,并从理论上证明通过对全息图进行Gabor小波变换,提取小波变换脊对应的小波变换系数,包括幅值与相位信息,即可直接获得与+1级频谱相对应的被测物光在全息面上的强度与相位分布,并同时直接消除零级衍射像以及孪生像的影响.通过计算机模拟再现光波经全息图衍射后的传播规律实现数值再现,得到清晰的再现像.通过计算机模拟一相位型物体以及实验证明该方法的有效性.     

Stokes参量数字全息法实现相位物体成像

为实现对相位物体的无损检测和成像,克服数字同轴全息相位物体成像技术在消除零级像和孪生像的干扰时存在的系列问题,提出一种基于Stokes参量的新的数字同轴全息技术。该方法区别于传统的利用干涉光场来记录原始像项的数字全息方法,通过测量物参光合成光束的Stokes参量来分别得到这两束光的振幅和相位差,从而准确、唯一地获得原始像项;再利用数字再现即可重构物光的振幅和相位信息。实验中对弱吸收的相位样品进行了测量,得到样品清晰的振幅和相位分布。结果表明,采用该方法对相位物体进行数字全息再现,可以克服传统同轴全息图中零级像和共轭像对相位物体信息的严重干扰,对于提取相位物体的振幅和相位信息是可行和有效的。     

基于两步正交相移干涉的振幅图像光学加密技术

提出一种基于两步正交相移干涉的光学图像加密技术.这种相移干涉数字全息只要记录两幅干涉图,不需要记录物光波和参考光波的强度信息,就可以再现没有零级像和共轭像的再现像.物光波对应的光路经过两次菲涅尔变换,并结合双随机相位编码.参考光分别引入0和π/2相位,用数字化记录介质记录两幅数字全息图作为加密图像.解密时只要获得正确的密钥,经过简单的计算就可以重建清晰的原始图像.模拟实验验证了它的可行性和有效性,分析了抗裁剪和噪音的鲁棒性.     

基于数字全息及复用技术的全场偏振态测试方法

提出了一种在数字全息记录系统中利用偏振和角分复用技术对光场进行偏振态检测的方法. 将全息系统中的一束参考光分为偏振方向相互正交、初相位相同的两束光, 并分别与物光相同偏振方向的两个分量干涉, 形成两幅子全息图, 同时记录在一帧画面中. 为了分开记录到的物光两个分量, 系统中利用了角分复用技术, 即在两束参考光中引入不同载频, 使物光两分量的频谱位于全息图频谱面的不同区域. 通过滤波、逆傅里叶变换和衍射计算, 获取距离全息图不同位置处物光两正交分量复振幅信息. 利用复振幅信息, 可以构建被测物光的斯托克斯参量和琼斯矢量, 从而表征物光的偏振态. 实验中, 通过对一束椭圆偏振光进行偏振态测量以及对该光束在不同空间位置处的偏振态进行表征, 表明该方法可以实现光束偏振态全场测试, 并且具有较高的可靠性. 关键词： 数字全息 偏振态 琼斯矢量 斯托克斯参量     

实时全息术检测透明物的一种新方法

介绍了实时全息术检测透明物的一种新方法,它采用物光再现的参考光和参考光通过全息图的直透光所形成的干涉图纹检测透明物体的变化。证明了这组干涉图纹与用参考光再现的物光和物光通过全息图的直透光所形成的干涉图纹分布规律相似,仅在相位上相差π。还讨论了这组干涉图纹的衬比和获得最佳衬比的条件。此方法可消除物光光路上某些因素带来的相位畸变,避开待测物体自发光的干扰,并可在全息图后方任意位置进行记录,这使实时全息术在实践中更具有灵活性,有助于它在更广阔领域内的应用。     

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.     

Green's formulation for robust phase unwrapping in digital holography

We present, for the first time to the best of our knowledge, a phase unwrapping method based on an algorithm which makes use of Green's first identity. This method aims at recovering the correct phase information encoded in a fringe pattern after digital holography (DH) numerical processing. DH provides a quantitative measurement of the three-dimensional surface profile of objects. The information about the profile can be obtained in principle from the phase-map. However, the measured phase-map provides the actual phase values wrapped mod.2π so that an unwrapping process is required in order to reconstruct the object profile.     

Dual-wavelength image-plane digital holography for dynamic measurement

A dual-wavelength image-plane digital holography, combined with a windowed Fourier analysis, is presented for dynamic measurement of a vibrating object. In order to expand the range of the velocity measurement, the object is simultaneously illuminated by two lasers with different wavelengths. A sequence of digital holograms of a vibrating object is captured by a CCD camera and two wrapped phase maps are retrieved from each digital hologram. At each instant, a new phase distribution with a synthetic wavelength is obtained by subtracting these two wrapped phase maps. A windowed Fourier analysis is then applied spatially and temporally to retrieve the high-precision displacement and velocity of the tested object. Experimental results show the requirement on the camera capture frequency is reduced by the proposed method.     

数字全息干涉法用于变形测量

介绍了数字全息干涉法的原理,针对激光散斑噪声对包裹干涉相位图样的影响,将小波去噪分析用于图样预处理,可以提高解相精度.用该方法对四周固定、中心加载典型试件的位移进行了测试.实验结果表明,该方法简单、快速、可行.     

Methodology for analysis of displacement using digital holography

Digital holography is applied to make microdisplacement determination of a steel bar and an aluminum sheet. The displacement of aluminum sheet is made under immersion conditions in water and air. An experimental installation is presented for digital hologram registration with plane reference beam, using a CCD camera as detector. The “HOLODIG” computing system was developed for digital reconstruction of the image using the direct method, the intensity and phase image and interferograms were obtained. Taking into account the phase interferogram and making the unwrapping, the phase was determined for every point of the study surface. As examples of method application, the displacement of a square section steel bar, tested in air, and an aluminum sheet, tested in air and submerged in water, was determined. Experimental values of the displacement obtained agree with the applied ones. In the case of aluminum plate submerged in water, the magnitude of the measured displacement is proportional to water refraction index.     

Study on the reduction of speckle noise in the reconstructed image of digital hologram

As one of the most important 3-D display technique, reduction of speckle noise in the reconstructed image of digital holography should be grounded on the digital hologram itself. Based on the whole process of the recording and reconstruction of digital holography, the optical distributions of recorded object and reconstructed image of digital holography have been studied. It has been proposed that the root formation cause of speckle noise in its reconstructed image is the speckle noise formed on the recorded object surface when illuminated by coherent light because of its optical roughness. A novel approach has been presented to reduce speckle noise in digital holography by changing the interference structure of hologram itself. First, by reducing the speckle noise in the reconstructed image, the distribution of ideal reconstruction light with reduced speckle noise is acquired. Then in turn, taking the ideal reconstruction light with reduced speckle noise as ideal object light, a new hologram can be rebuilt, which can reconstruct the ideal object light. The experimental results are given to confirm the proposed method. Therefore, it offers a brand-new thought and practical way to reduce the speckle noise in the reconstructed image of digital holography.     

基于涡旋光照明的暗场数字全息显微方法研究

提出了一种基于涡旋光照明的暗场数字全息显微方法. 从理论上阐述了涡旋光环形照明原理和暗场数字全息显微原理, 分析了涡旋光的准无衍射特性对成像的影响; 搭建了相应的数字全息显微成像系统, 采用690 nm的聚苯乙烯小球作为实验样品; 最后通过对小球明暗场下数字全息显微再现像的分析对比, 证明该方法可以有效地提高数字全息系统的分辨率, 同时增强了再现像的对比度. 关键词： 全息 暗场数字全息显微 涡旋光 分辨率