基于基元全息图空间频谱分析的计算全息参考光角度选择方法

提出了一种基于基元全息图频谱分析的计算全息参考光角度选择方法.通过分析基元全息图的空间频谱成分,导出全息图正确再现需要满足的约束条件;求解了基于空间光调制器的计算全息再现系统的参考光角度取值范围;用N-LUT算法计算了成像距离为1 000mm时,一幅22.5mm×26.1mm的二维图像取不同参考光角度时的全息图,并进行了数字再现和光学再现实验.结果表明:参考光角度在0.893 8°到1.398 0°之间选择可以获得质量良好的再现像;参考光角度小于0.893 8°时,再现像与共轭像不能完全分离,参考光角度大于1.398 0°时,全息图频率过高会造成欠采样,导致再现像与下一级共轭像互相交叠.实验现象与理论分析一致,验证了参考光夹角选择方法的正确性.     

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     

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.     

液晶光阀实时图像变换实验的新内容

以网格状物体为例。介绍了空间滤波的原理；以计算傅里叶变换全息为例，介绍了罗曼Ⅲ型和李奇型2种编码原理．利用液晶光阀图像变换光学系统进行了空间滤波实验以及计算全息图的光学模拟再现实验．实验结果与计算机仿真结果相吻合．在原液晶光阀实时图像变换实验中增加了空间滤波和计算全息2个新内容，使原实验的教学内容得到扩展．     

基于DMD的数字全息显示及其再现像质增强

采用DMD作为空间光调制器构建了一套数字全息显示系统.分析了数字全息图光学再现中影响再现图像质量的因素,提出了一种采用频域滤波重建高条纹对比度滤波全息图来改善其光学再现图像质量的新方法.采用信噪比及图像亮度作为评价参量,对原始全息图和滤波全息图的数值再现像进行定量分析表明,滤波后全息图的再现像质量明显优于原始全息图的再现像.基于DMD数字全息显示系统的光学再现实验也验证了理论分析结果.     

利用计算全息技术重构激光超声的激发面源

把计算全息技术引入激光超声无损检测系统,此系统借助直接搜索算法生成计算全息图,利用空间光调制器液晶器件代替传统全息干板再现全息图像,并将此生成、再现方法具体用于空间调制的脉冲激光源的产生,以辅助固体表面的窄带超声波的激发。由于算法的稳健性和重建方法灵活性,大大简化了激光超声实验系统,缩短了实验周期,在激光超声无损检测领域有广泛的应用空间。     

基于空间光调制器的多层图像的构建与可视化

为解决实时直观地观察多层再现图像的问题,提出利用发光材料实现其可视化.针对由沿光轴方向的二维图层组成的空间图像,利用高效、快速的三维Gerchberg-Saxton算法,得到位相型计算全息图,并通过计算机进行了数字模拟再现.阐述了三维Gerchberg-Saxton算法的流程,并搭建了基于液晶空间光调制器的位相全息图光学再现与可视化光路.利用液晶空间光调制器的灰度-位相曲线把计算全息图转换为灰度图,加载在液晶空间光调制器上,再现出高质量的三维光场,同时利用量子点材料的荧光特性实现了图像的可视化.实验结果表明,光学再现与计算机模拟结果较吻合.该技术在医学、军事、三维显示、微加工以及显微技术等领域有重要应用价值.     

基于空间光调制器的多层图像的构建与可视化研究

 为解决实时直观地观察多层再现图像的问题,提出利用发光材料实现其可视化.针对由沿光轴方向的二维图层组成的空间图像,利用高效、快速的三维Gerchberg-Saxton算法,得到位相型计算全息图,并通过计算机进行了数字模拟再现.阐述了三维Gerchberg-Saxton算法的流程,并搭建了基于液晶空间光调制器的位相全息图光学再现与可视化光路.利用液晶空间光调制器的灰度-位相曲线把计算全息图转换为灰度图,加载在液晶空间光调制器上,再现出高质量的三维光场,同时利用量子点材料的荧光特性实现了图像的可视化.实验结果表明,光学再现与计算机模拟结果较吻合.该技术在医学、军事、三维显示、微加工以及显微技术等领域有重要应用价值.     

数字全息光学实验探究及再现清晰度优化

基于数字全息光学平台的使用,进行数字全息记录、再现,以及光学全息记录的实验探究.利用HRO数字相减法,去除零级光光强,获得数字记录数字再现图像.通过设计光路获得光学记录数字再现图像,调节再现距离以及参照光光强大小增强再现图清晰度.同时,基于Matlab利用Sobel算法及Laplace算法对数字全息图进行图像优化,由此获得清晰的全息再现图.     

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.     

Nonlinear image self-filtering with liquid crystal spatial light modulator

Nonlinear spatial filtering is realized due to the electro-optical effect in spatial light modulators (SLMs). Optical methods with nonlinear filtering are suggested for various optical applications such as optical inspection of photolithography masks, wavefront sensor, etc. A fast optical response of the SLM allows optical inspection with a video (or faster) rate. The optical system proposed is tolerant to the vibrations and temperature variations because of the dynamic properties of the SLM.     

Prediction of phase-mostly modulation for holographic optical tweezers

We characterize a reflective Holoeye LC-R 2500 spatial light modulator with a technique in which Jones matrices describing its polarization capabilities are obtained and then used for any arbitrary configuration. We apply this method to predict a phase-mostly modulation response with minimum amplitude contrast and a phase modulation range close to 2π rad. This allows us to generate multiple traps in a holographic optical tweezers setup with high light efficiency and hardly any unwanted energy on the zero diffraction order.     

Two dimensional vortex lattices from pure wavefront tilts

A new method of generation of two dimensional vortex lattices is described. In this method, different parts of the wavefront are given different local tilts to realize vortex lattice in the propagated field. These linear phase variations corresponding to tilts in different locations of the wavefront are created using a spatial light modulator (SLM). The diffracted field from the SLM is found to contain vortex lattice and the presence of these vortices is confirmed experimentally. Computational results are also provided.     

位相可控液晶空间光调制器的研究

论述了平行排列液晶的位相调制理论，进行了理论结果的计算模拟．研制出平行取向TFT型液晶空间光调制器并分析了其位相调制特性.结果表明,此平行取向的液晶空间光调制器可用于位相调制，其调整量优于0.7 μm，最小调整步长是0.052 μm．在ZYGO干涉仪上进行的位相控制实验，得到了很好的实验结果．     

Analysis of low power spatial light modulation characteristics of bacteriorhodopsin

We present a detailed and accurate analysis of low power spatial light modulation characteristics of bacteriorhodopsin (bR) based on nonlinear intensity induced absorption. Amplitude modulation of probe laser read beam transmissions at 410 nm and 640 nm, corresponding to the peak absorption of M^II and O states of D96N bR and WT bR respectively, by the modulation laser write beam intensity-induced population changes at 570 nm has been analyzed, considering all intermediate states with both forward and backward transitions in the respective bR photocycles, using the rate equation approach. The SLM characteristics are shown to be sensitive to the normalized small signal absorption coefficient β, rate constants of M^II and O intermediate states and the absorption cross-section of the initial B state at the probe wavelength (σ_Bp). There exists an optimum value of β for which maximum percentage modulation can be achieved. It is shown that for extended M^II state lifetime of 250 s in D96N bR and O state lifetime of 2.2 s in WT bR, with σ_Bp= 0, 100% modulation of read beam transmissions can be achieved, leading to high dynamic range and sensitivity for low laser write beam intensities of 50 μW/cm² and 4 mW/cm² at 570 nm, respectively.     

Real-time non-linear spatial filtering with a leaky OASLM

In this paper we demonstrate image processing techniques such as edge enhancement and phase contrast by using an optically addressed liquid crystal spatial light modulator (OASLM) in the frequency plane of an optical 4f processor. The transfer function of the device is derived on the basis of the Jones formalism. Faced with a lack of a general theory for such non-linear optical processors, we show that an analogy to the propagation of optical pulses in fibres is helpful for the understanding of the image processing operation.     

高准确度LCOS自适应光学成像系统的研究

设计了一种液晶自适应光学成像系统.系统中高准确度硅基板液晶(LCOS)器件被用来校正波前位相.LCOS的优势在于它具有几十万个校正单元,而传统的变形镜最多只有1 000左右的校正单元,这种驱动单元的优势使LCOS拥有更高的校正准确度.系统中哈特曼波前传感器被用来测量波前畸变.对点光源进行闭环校正实验中,CCD相机获取了一个高清晰光点图像.实验中波前校正准确度为PV=0.08 λ,rms=0.015 λ(λ=632.8 nm),系统接近衍射极限.     

两维空间光调制器及其在实时图象处理中的应用

本文系统的报道了我们研制成功的几种两维空间光调制器,包括液晶光阀(LCLV),Si-LCLV,CRT-LCLV,和光折空间光调制器(PR-SLM)。最后给出利用它们在实时图象处理中的应用成果。     

基于液晶空间光调制器的太赫兹波频谱调制

频谱可调制的太赫兹波具有广泛的应用价值。利用一台纯相位式的液晶空间光调制器对飞秒激光脉冲进行空间整形,通过改变飞秒激光脉冲的横向空间分布,实现太赫兹波频谱的调制。在实验中,利用光泵浦整流方式产生太赫兹波,并利用太赫兹时域光谱系统对太赫兹信号进行探测。通过GS算法在液晶空间光调制器上加载不同的相位图,获得了不同的飞秒激光脉冲横向空间分布。通过改变探测距离和飞秒脉冲的空间分布参数,实现了太赫兹波频谱的调制。还利用菲涅尔衍射算法对这一过程进行了理论模拟,理论模拟结果与实验结果吻合的较好,这充分说明了基于飞秒脉冲空间整形的太赫兹光谱调制技术的可行性。