基于空间光调制器的非相干数字全息成像特性研究

摘要

全息术因能同时获取三维物体的振幅和相位信息而备受关注。随着高分辨率空间光调制器（SLM）和CCD（或CMOS）等图像传感器的出现，非相干数字全息技术得到了快速发展。非相干数字全息能克服传统光学全息术光源相干性受限和孪生像不可分离两大难题。按全息图的记录方式不同主要有基于三角干涉仪、迈克尔逊干涉仪和马赫-曾德尔干涉仪等的非相干数字全息技术。2007年，Joseph提出了一种基于SLM分光的同轴非相干数字全息术（又称菲涅尔非相干相关数字全息术，FINCH）。系统的核心是由SLM和CCD组成的同轴非相干干涉仪，SLM兼具分束和移相的作用，CCD用于记录全息图。该系统具有光路简单、易于操作、记录速度快、无需时间和空间扫描等优点。FINCH系统最大的优点是可与任何标准光学成像技术匹配，实现基于非相干数字全息的显微成像、望远成像和光谱成像等，在遥感、天文、显微、材料分析等方面具有重要的应用前景。
　　第一章主要介绍传统光学全息和数字全息技术的记录和再现原理；
　　第二章主要介绍空间光调制器的原理、分类及其在激光数字全息和同轴非相干数字全息中的应用；
　　第三章主要介绍菲涅尔非相干相关全息系统的光学记录和数字再现原理，从波动光学的角度出发给出了系统的点扩散函数、横向放大率、再现距离等参数。模拟重建了距离准直透镜不同物距处的三个字母“Z”、“W”和“F”的再现像，理论上验证了菲涅尔非相干相关全息系统的三维成像特性；
　　第四章主要讨论菲涅尔非相干相关全息系统的成像特性：给出了分辨率板、实物骰子的再现像，从实验上验证了菲涅尔非相干相关全息系统能够实现对真实三维物体的再现；讨论了菲涅尔非相干相关全息系统成像质量的问题：一，利用SLM的偏振特性，通过对比实验讨论了偏振片的有无对再现像背景噪声的影响；二，通过光程差的对比计算，分析了SLM上加载单透镜模式、双透镜模式时再现像质量之间差异的原因；三，通过改变SLM的相位复用方式，分析不同的相位掩摸加载方式对再现像质量的影响；
　　第五章主要讨论菲涅耳非相干相关全息术用于光谱成像的可行性，分析了系统用于光谱成像时的点扩散函数、横向放大率和再现距离等参数，得出系统横向放大率和再现距离均为成像波长的函数这一结论，采用该系统对分辨率板和骰子分别成像，验证了系统的成像特性。
　　最后一部分是对全文的总结。

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1 引言

1.1 传统光学全息术

1.2同轴全息与离轴全息

1.3点源全息图

1.4 数字全息术

2.空间光调制器(SLM)

2.1空间光调制器的概述

2.2空间光调制器的分类

2.3空间光调制器在数字全息术中的应用

2.4 SLM在菲涅尔非相干相关全息（FINCH）中的应用

3.FINCH系统模拟实验研究

3．1 FINCH系统分析

3.2系统分辨率

3.3 FINCH系统基本实验模拟

3.4本章小结

4 FINCH系统成像实验研究

4.1 FINCH系统基本成像实验

4.2 FINCH系统成像质量研究

4.3本章小结

5. FINCH系统的应用

5.1 FINCH多光谱成像

5.2分辨率板多光谱成像实验

5.3本章小结

结论

参考文献

个人简历与硕士期间发表论文

个人简历

硕士期间发表论文

致谢