微小振动对全息照相的影响及改进方法

 全息照相(或称为全息术,holography)是记录波动干扰的振幅和位相分布以及随后使之重现的照相技术。“全息”源于希腊语“holos”,意思是完全的信息,不仅包括光的振幅信息,还包括位相信息。全息术的设想是英国藉匈牙利物理学家伽柏(D.Gabor)于1948年在为提高电子显微镜分辨本领的工作中提出的。1948年,他利用汞灯首次获得全息图及其再现像,从而创立了全息术,于1971年为此获得诺贝尔物理学奖。全息术已历经多次变革。第一代全息术是伽柏用汞灯记录的同轴全息图(参考光与物光同轴),主要问题是原始像和共轭像分不开,且光源的相干太差,这是全息术的萌芽时期。     

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.     

提高菲涅尔全息图再现像质量的方法

拍摄菲涅尔全息图的记录过程中,照射在全息底片上的参考光为匀强光,而物光为非匀强光,导致干涉条纹的对比度不高.通过2次对光强分布的记录,制作出透光率同物光光强分布正相关的调制板,并加入参考光光路中,以此来改变参考光光强的分布,减小参考光与物光光强之差,提高了全息底片上干涉条纹的对比度,再现时获得了更为清晰的再现像.     

全息术的物理原理及其应用

１９４８年伽伯创立了全息术,但由于方法和条件等原因,最初十几年其发展很缓慢,激光问世后,该领域重新活跃起来．目前,全息术在科技、文化、工农业、医学及军事等领域都得到了广泛应用． 一、物理原理 全息术是一种二步成像的照相技术．它利用物光和参考光在感光胶片上叠加发生干涉以记录光波的振幅和位相分布,并根据衍射原理使之再现,包括全息记录和全息再现两个过程． ｌ．全息记录 图１激光器发出的相干光经分光器分成两束,一束经镜面反射后投射到感光底片上形成参考光Ｒ;另一束经被照物质射后形成信息光也投射到底片上,形成物…     

自干涉非相干数字全息的压缩感知重建

自干涉非相干数字全息可记录和再现非相干光源照明下物光场信息。但基于目前理论的重建算法对待测光场的不同纵向深度层面进行聚焦重构时,聚焦面信息会受到离焦层面光场信息的干扰。基于压缩感知理论,根据自干涉非相干数字全息的光学记录与再现过程,建立与该物理过程相适应的传感矩阵,从理论上构建实现光场分层重构的数值重建算法框架。基于自干涉非相干数字全息光路,以多个不同纵向深度的LED点光源构建物光场,分别进行计算机数值模拟及实验研究,并且深入讨论光场层面再现距离与各实验参数之间的关系,指出增大各光场层面再现距离间差距的方法。理论及实验研究结果表明该方法可重构不同纵向深度层面的三维物光场,并有效抑制离焦层面光场信息的干扰。     

基于滤波成像的大视角数字全息技术

为提高数字全息再现像视角,提出一种基于滤波成像的数字全息技术来实现大视角的三维物体面型测量.利用离轴像面数字全息技术,通过在4F相干图像处理系统的空间频谱面处放置可移动的低通滤波器,使满足CCD分辨率的物光波与参考光波干涉形成全息图,并控制低通滤波及成像区域分别记录不同谱段的子全息图.再现时,首先对子全息图进行数字傅里叶变换,重构对应频谱段,并对频谱段进行拼接形成完整的物光频谱|而后通过数字再现获得大视角的数字全息再现像.利用该方法测量了圆柱形表面（光滑的缝纫针）的三维形貌,并取得了较好的实验结果.     

激光全息技术及其在医学中的应用

 1948年英国科学家伽伯在研究电子显微镜的分辨本领时提出了全息理论并开始了全息照相的研究工作。但是由于缺少理想的相干光源,研究工作进展缓慢,直到1960年梅曼研制出世界上第一台红宝石激光器以后,激光的高度相干性和高强度为全息照相提供了理想的光源。在1962年利思和厄帕特尼克斯提出了离轴全息图以后,使全息技术的研究与应用进入了一个新阶段。由光的波动理论可知,从物体表面发出的光波可表示为:Ｙ=Ａｃｏｓ(ωｔ+φ-2πγλ),其中Ａ是振幅,表示光强的大小,(ωｔ+φ-2πγλ)是位相,表示光在传播过程中各点所在的位置和振动方向。     

基于两步广义相移干涉术的微纳形变测量

基于两步广义相移干涉术,设计微小形变测量实验装置,介绍工作原理和测量方法。采用同轴相移数字全息正交光路,记录形变前后物光、参光、干涉图强度,以两步广义相移干涉算法为基础,恢复原物光相位和表面形貌信息,相减后得到表面形变量。实验结果表明,相对于现有表面微小形变测量方法,提出得方法能够精密测量物体表面微小形变量,方法简单易行,精度可达纳米量级。     

利用迁移规律分析迈克尔逊干涉仪

本文以洛埃德镜实验作为引入,消除学生受薄膜干涉的思维定势,通过类比引导学生理解在点光源下迈克尔逊干涉仪实现干涉的方法是分波阵面法,并进一步分析等倾干涉和等厚干涉。     

基于空间部分相干光相干度分布的全息图计算方法

在计算机全息图的计算过程中,引入的随机相位与光学重建中相干光散射会引起再现像中的散斑噪声现象,从而影响重建图像的质量。提出了一种新的基于部分相干光相干度分布的全息图计算方法,即PCL-GS算法,算法以Shell衍射定理为基础,模拟参考光源相干度对全息记录过程的影响,使模拟记录过程更接近实际状况。在重建光相干度相同的情况下,与传统GS算法重建结果相比,重建图像的峰值信噪比提升4.8%、结构相似度提升14%、散斑对比度降低4%。方法可为三维全息显示、光束整形等光调制技术提供新的理论基础。     

利用数字全息干涉术观察RuO2:LiNbO3晶体中畴反转的区域特性

利用马赫-曾德尔干涉光路和4f光学透镜系统,以部分畴反转的掺钌铌酸锂晶体(RuO2:LiNbO3)的透射光作为物光来记录全息图,并在数值再现过程对其进行频域滤波以实现物场波前信息的数值重建,检测出在一定电压作用下晶体内部折射率变化的二维分布.检测结果证实:晶体中发生畴反转的区域与发生电色效应的区域严格相符.数字全息干涉术非接触、无干扰、无破坏的优势在准实时监控、检测和分析铌酸锂晶体畴反转方面有很好的应用前景.     

记录X光全息图的新设想

X光全息术是一个两步成像过程,第一步是含有物体信息的物束和参考束重叠并产生干涉记录在全息图上,第二步是用光学或数字方法完整地重现这个信息.然而自1948年Gabor发明全息术以来,尽管光学全息和电子全息获得了迅猛的发展,X光全息术却进展缓慢.80年代中期,Brookhaven实验室将Undulator等插入件引入到同步辐射源中,使X射线源的亮度比70年代末提高8～12量级;几乎是同期,美国Lawrence Livemore国家实验室成功地     

利用全息法在偶氮聚合物薄膜中记录涡旋光场

利用全息技术在偶氮聚合物薄膜中记录了拓扑荷数q=–1,1,2,4的涡旋光场,并将记录的原始叉形光栅与计算全息光栅进行对比,对不同拓扑荷数涡旋光的记录速率和偶氮材料的可重复擦写性能进行了测试;记录完成后,将复现涡旋光与高斯光束干涉,并与原始涡旋光和原始叉形光栅对比,分析了记录质量.实验结果表明:高阶涡旋光场的全息叉形光栅会在记录过程中发生劈裂,轻微劈裂的涡旋光束仍维持一个稳定的环状结构;全息记录过程中不同拓扑荷数的涡旋光束记录速率较为统一,偶氮材料可经过上百次的擦写而不出现疲劳;再现涡旋光与原始涡旋光在光强分布结构上保持高度一致,再现涡旋光的干涉条纹与原始涡旋全息光栅保持高度一致,涡旋光及其携带的拓扑荷信息可被有效记录和读取.     

基于光程差扫描的低相干离轴数字全息术

针对在低相干离轴数字全息术中,光源相干长度限制物光波可探测面积的问题,提出了一种基于光程差扫描的低相干离轴数字全息记录方法.首先,通过改变参考光和物光波之间的光程差,使得干涉条纹扫描记录平面的不同区域,而后对各个区域的数字全息图采用数值再现的方法获取不同区域处的物光波相位分布,最后采用相位拼接技术拼接各个区域的相位分布实现物光波的全视场探测.     

利用数字全息干涉术观察RuO2:LiNbO3晶体中畴反转的区域特性

利用马赫-曾德尔干涉光路和4f光学透镜系统，以部分畴反转的掺钌铌酸锂晶体(RuO₂:LiNbO₃)的透射光作为物光来记录全息图，并在数值再现过程对其进行频域滤波以实现物场波前信息的数值重建，检测出在一定电压作用下晶体内部折射率变化的二维分布.检测结果证实：晶体中发生畴反转的区域与发生电色效应的区域严格相符.数字全息干涉术非接触、无干扰、无破坏的优势在准实时监控、检测和分析铌酸锂晶体畴反转方面有很好的应用前景. 关键词： 畴反转 数字全息干涉术 电色效应     

实现振幅控制量子干涉的实验方案

传统意义的光干涉是由两束干涉光的位相差来决定。近年来量子干涉不仅与入射场的位相差,而且与入射场的振幅有关这一全新的概念被提出。本文从压缩态与相干态干涉的角度出发,给出了实现振幅控制量子干涉的两个方案。我们既可以通过光学参量放大器来放大一个相干态的方式,也可以采用压缩态与相干态在分束器上直接干涉的方式来实现。且计算的结果也表明,得到N个光子数的福克态概率随振幅的位移量大小呈周期性变化。     

基于滤波成像的大视角数字全息技术

为提高数字全息再现像视角,提出一种基于滤波成像的数字全息技术来实现大视角的三维物体面型测量.利用离轴像面数字全息技术,通过在4F相干图像处理系统的空间频谱面处放置可移动的低通滤波器,使满足CCD分辨率的物光波与参考光波干涉形成全息图,并控制低通滤波及成像区域分别记录不同谱段的子全息图.再现时,首先对子全息图进行数字傅里叶变换,重构对应频谱段,并对频谱段进行拼接形成完整的物光频谱;而后通过数字再现获得大视角的数字全息再现像.利用该方法测量了圆柱形表面(光滑的缝纫针)的三维形貌,并取得了较好的实验结果.     

两步广义相移干涉术的光学实验验证

提出了一种基于两步广义相移干涉术的波前再现技术以及基于衍射场统计特性的未知相移值提取算法,并且进行了光学实验验证.该方法中可仅利用两幅干涉图及一次不需精确预设的未知相移,参照物光光强和参考光光强,即可通过计算提取真实的相移量,进而恢复出物波波前复振幅,而无需借助傅里叶谱分析或数字滤波等操作.在光学实验中,对借助于空间光调制器（SLM）的间接输入和三维漫反射物体直接输入两种情况进行了详细地研究,得到的光学实验结果验证了所提方案的有效性和可行性. 关键词： 信息光学 相移干涉术 波前再现 数字图像处理     

用改进的Fienup迭代算法进行数字全息重建

数字全息成像中往往包括再现像、共轭像和零级项,再现像的分离是常见而又难以彻底解决的问题。提出一种新的全息图重建算法,即利用相干衍射成像（CDI）中的迭代方法处理数字全息图,实现仅有一个实像的再现结果,从而彻底解决该问题。该方法包括两个步骤：首先通过CCD分别测量样品单独存在、样品和参考光同时存在以及参考光的远场衍射分布;然后通过计算机进行迭代运算。由于干涉光的存在,该算法比传统的CDI算法有更快的收敛速度和重建质量。同时进行了数值模拟验证并对生物切片进行了物像重建。     

非漫射物双曝光全息图的白光再现

一、引言全息干涉计量的基本过程与全息记录相似,只是在记录中根据需要有时进行一次曝光(实时全息干涉法)、两次曝光(双曝光全息干涉法)和连续曝光(时间平均全息干涉法)等。它们的原理都是基于波前的干涉.这里主要讨论非漫射物的双曝光全息图的白光再现。