数字全息光刻技术

文章阐述了实现全息图数字化的重要意义，介绍了数字化全息光刻技术的原理和图像特征；叙述了计算机全息数字打印机的光学的一般结构，简述了国内外现状和应用前景。     

数字全息重建图像的焦深研究

将来自物体的散射光视为物体表面相位随机取值的大量点源发出光波的叠加, 对数字全息重建像及离焦像的衍射场进行研究. 基于重建像以像素为单位显示的特点, 对焦深作出新的定义, 然后, 根据重建像的像素物理尺寸与计算方法相关的特点, 推导出不同重建算法重建图像的焦深表达式, 最后给出相关的实验证明.     

像面滤波技术在无透镜傅里叶变换数字全息中的应用

无透镜傅里叶变换数字全息波前重建主要采用全息图的一次快速傅里叶变换方法,重建图像不能充分占有重建平面.本文基于像平面滤波技术,提出对物体局部区域光波场进行放大重建并让重建图像布满重建平面的方法,给出具有精细结构物体的数字全息波前重建实例.此外,将数字全息光波场重建视为具有方形出射光瞳的光学系统的相干光成像过程,导出了物体放大图像的分辨率与光学系统相关参量的关系,并通过实验给予证明.     

像面滤波技术在无透镜傅里叶变换数字全息中的应用

无透镜傅里叶变换数字全息波前重建主要采用全息图的一次快速傅里叶变换方法,重建图像不能充分占有重建平面.本文基于像平面滤波技术,提出对物体局部区域光波场进行放大重建并让重建图像布满重建平面的方法,给出具有精细结构物体的数字全息波前重建实例.此外,将数字全息光波场重建视为具有方形出射光瞳的光学系统的相干光成像过程,导出了物体放大图像的分辨率与光学系统相关参量的关系,并通过实验给予证明.     

数字全息变焦系统的研究及应用

从4f系统及照像机变焦镜头的设计思想出发,提出并设计了一个由三面透镜组成的数字全息变焦系统.该系统具有4f系统的性能,且可以方便地改变横向放大率,适应实际检测物体尺寸及形状的变化.用几何光学表述了变焦系统的工作原理,基于矩阵光学理论介绍了变焦系统的设计方法,利用衍射的角谱理论对像空间波面重构计算方法进行了介绍.并且,给出了实验证明及应用实例.     

高质量数字全息波面重建系统研究

基于阿贝成像理论对数字全息波面重建系统进行研究. 结果表明,利用成像系统对物光场进行变换,可以让物光场的高频角谱分量到达电荷耦合器件（CCD）探测器.为研究重建物光场质量,导出了CCD在光学系统后任意位置波面重建的计算公式,研究了物光通过傍轴光学系统到达CCD时波面重建系统的脉冲响应. 理论及实验研究表明,将CCD平面置于物光场像平面附近可以对物光场进行高质量重建. 关键词： 信息光学 数字全息 波面重建     

广义相移数字全息反射物体成像实验设计

介绍全息术在光学实验教学中的作用和数字全息及相移数字全息的发展.给出最近出现的广义相移数字全息的相移值抽取和物光再现的原理和公式.设计了适用于普通光学实验室的相移数字全息成像装置,从而将其引入本科实验教学.用反射物体进行光学实验,对文中设计的成像方法的可行性与有效性进行了验证.     

合成孔径数字全息的分析模拟及多参考光合成孔径数字全息

分析了合成孔径数字全息的理论和实现方法,提出了多参考光合成孔径数字全息方法及其应用前景,以双狭缝为例,模拟了单幅及单参考光、多参考光两种合成孔径数字全息术的记录和再现方法,对三种方法再现像的分辨率进行了比较.     

散射光彩色数字全息光学系统及波面重建算法研究

令物体表面为散射面,参考光及重建光为球面波,详细研究了离轴数字全息物光场重建平面的光波场.导出物光、共轭物光及零级衍射光分布与光学系统参数的关系.根据彩色数字全息的特点,提出抑制零级衍射干扰的光学系统设计方法,并且对一种能够避免插值误差的波面重建算法进行了优化研究,给出了相应的实验证明.     

数字全息技术中双CCD镜像重叠位置的调节与标定

CCD像素数和动态范围的不足极大地限制了数字全息技术的发展与应用,针对这一问题提出基于信息融合的双CCD镜像重叠布置方案。该方案首先给出了利用2个球面波干涉的方法来判断2个CCD的空间相对位置,并证明了该方法的可行性。然后在实验中利用球面波与平面波进行离轴干涉并结合数字干涉技术来实时地调节2个CCD的位置,使其相对位置初步达到镜像重叠。最后再利用计算机数字图像处理技术进行更加精确的标定,得出2个CCD之间镜像重叠位置的标定参数。实验结果表明,利用上述方法能够较精确地调节和标定2个CCD的相对镜像重叠位置,其误差仅为14 m。     

Transient vibration measurements using multi-pulse digital holography

An optical system for the evaluation of transient deformations will be described. In order to increase the temporal resolution, a ruby laser producing four pulses has been used. Four separate digital holograms (one hologram for each pulse) of the test object are recorded in a few microseconds on three CCD sensors. The Fourier method is used for the quantitative evaluation of the digital holograms. The phases are obtained from the complex amplitudes, and the deformation at different times is calculated from phase subtraction. Experimental results are presented.     

Possibility to break through limitation of measurement range in dual-wavelength digital holography

By using the beat frequency technique, the dual-wavelength digital holography(DWDH) can greatly increase the measurement range of the system. However, the beat frequency technique has a limitation in measurement range. The measurement range is not larger than a synthetic wavelength. Here, to break through this limitation, we propose a novel DWDH method based on the constrained underdetermined equations, which consists of three parts:(i) prove that the constrained underdetermined equation has a unique integer solution,(ii) design an algorithm to search for the unique integer solution,(iii) introduce a third wavelength into the DWDH system, and design a corresponding algorithm to enhance the anti-noise performance of DWDH. As far as we know, it is the first time that we have discovered that the problem of DWDH can belong in a problem of contained underdetermined equations, and it is also the first time that we have given the mathematical proof for breaking through the limitation of the measurement range. A series of results is shown to test the theory and the corresponding algorithms. More importantly, since the principle of proposed DWDH is based on basic mathematical principles, it can be further extended to various fields, such as dual-wavelength microwave imaging and dual-wavelength coherent diffraction imaging.     

LED光源数字全息技术研究

研究以发光二极管(LED)作为光源的部分相干光数字全息技术.首先研究LED的时间相干性和空间相干性,尽管LED的时间相干性较差,但空间相干性可以通过减小光源发光面积来提高.利用LED的时间相干性较差、相干长度短的特点,抑制相干噪声,改善数字全息重建质量.在同一全息记录系统,通过实验,比较了用激光和LED光源的数字全息重建图像质量.结果表明:基于LED光源的数字全息,完全消除了使用激光光源的散斑噪声和由光学元件引入的寄生干涉噪声,物光场的重现质量,包括振幅和相位都得到了很大提高.但由于LED光源的较低的空间相干性,一般只适用于同轴相移数字全息,待测物体的厚度在十几微米以内,应用受到一定限制.     

彩色数字全息的非插值波面重建算法研究

彩色数字全息及多波长照明的数字全息检测研究中,避免插值误差的可变放大率波面重建是一个重要的研究内容.由于Fresnel衍射积分可以表示成Fourier变换及卷积两种形式,对应地存在两种波面重建算法：其一,将重建距离分为两段的衍射“接力”算法;其二,用球面波为重建波的卷积算法.文中对这两种算法进行理论分析及实验研究,讨论让重建计算满足取样定理的条件.结果表明,卷积算法较容易满足取样定理,能够获得较好的重建物光场.     

彩色数字全息的非插值波面重建算法研究

彩色数字全息及多波长照明的数字全息检测研究中,避免插值误差的可变放大率波面重建是一个重要的研究内容.由于Fresnel衍射积分可以表示成Fourier变换及卷积两种形式,对应地存在两种波面重建算法：其一,将重建距离分为两段的衍射“接力”算法;其二,用球面波为重建波的卷积算法.文中对这两种算法进行理论分析及实验研究,讨论让重建计算满足取样定理的条件.结果表明,卷积算法较容易满足取样定理,能够获得较好的重建物光场. 关键词： 彩色数字全息 波面重建 衍射计算     

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.     

Quantitative evaluation of two-dimensional dynamic deformations using digital holography

An optical system for the parallel evaluation of in- and out-of-plane dynamical deformations will be described. A double pulse laser with pulse separation in the microsecond range is used for the investigations. Two separate interferograms of an object under test, in its undeformed and deformed state, are recorded in a few microseconds. The object is illuminated from two different directions and imaged onto a CCD sensor. This produces two sensitivity vectors. The reference beams have different directions in order to produce two directional spatial carriers. The Fourier method is used for quantitative evaluation, and the measurements along different sensitivity vectors are separated in the Fourier domain. The phases of the two interferograms are obtained from the complex amplitudes and the two dimensional deformation is calculated from the phases. Experimental results are presented.     

无零级衍射干扰的彩色数字全息研究

彩色数字全息研究中,用球面波为重建波及角谱衍射公式进行波前重建是一种有效的方法.然而,重建图像上通常伴有强烈的零级衍射干扰.本文通过理论分析,对波前重建过程作了重要改进.用改进后的方法进行彩色数字全息的实验研究表明,重建彩色图像的质量获得显著改善. 关键词： 彩色数字全息 波前重建 零级衍射干扰     

Display and applied holography in museum practice

Possible applications of holography for cultural heritage study, demonstration and restoration, particularly in practical museum applications, are discussed. In this respect two main applications of holography are of interest: display holography and technical holography. The latter includes holographic NDT methods, three-dimensional measurements of objects, memory systems, and so on.