菲涅尔计算全息干涉图的制作与模拟再现

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1、2013-2014第（2）学期理学院实践教学成绩评定表实践教学项目课程设计专业光信息科学与技术学生姓名张立峰班级学号1109020216评语组长签字:成绩日期2013-2014第（2）学期理学院实践教学任务书学院理学院专业光信息科学与技术学生姓名张立峰班级学号1109020216实践教学项目课程设计实践题目菲涅尔计算全息干涉图的制作与模拟再现实践教学要求与任务:1．能对选题做理论分析，讨论理论可行性。2．能设计一套切实可行的实验方案，能够验证预期达到的效果。3．能利用实验室现有设备搭建实验方案或利用计算机仿真软件模拟实现，并获取实验数据。4能对实验数据、实验结

2、果进行分析。5如果实验结果不够理想，能够找到问题所在，并提出改进意见。6能按要求格式撰写课程设计报告。报告要求格式、正确思路清晰、结构完整、实验数据真实、分析结论正确。对课程设计总体方案要进行详细地说明7独立按时完成规定的工作任务，不得弄虚作假，不准抄袭他人内容。8在设计过程中，要严格要求自己，树立严肃、严密、严谨的科学态度，必须按时、按质、按量完成课程设计。工作计划与进度安排:14周周三—15周周一：选题、收集资料15周周一—15周周一：撰写开题报告15周周一—15周周三：设计、实验、数据分析15周周三—15周周四：撰写报告15周周五提交报告。指导教师：年月

3、日专业负责人：年月日学院院长：年月日摘要应用matlab语言，结合菲涅耳衍射原理，利用计算机绘制了菲涅耳全息图，实现了计算全息图的快速制作，并详细地讨论了制作计算全息图的原理、方法和步骤．将CGH微阵列比较法技术和数字全息技术相结合，由所生成的全息图再现出原始图像，完成了全息图的数字重现，实现了整个全息记录和再现过程的计算机模拟．较传统的编程语言和绘图方法，该算法实现上更加简单和快捷，并且带有一系列提高计算全息图质量的措施，获得了清晰的数字再现图像．关键词：计算全息，菲涅耳衍射，matlab，数字模拟再现．目录第一章引言1第二章计算全息干涉图的实现原理2第三章

4、计算全息干涉图的制作3（一）、抽样3(二)、计算4（三）、编码41、迂回相位效应52、罗曼型迂回相位编码方法5(四)、绘制和照相7第四章计算全息图的模拟再现7第五章结论9第六章参考文献10第一章引言计算全息最早是由科兹马(Kozma)和凯利（Kelly)于1965年提出来的．它们为了检测被噪声掩埋的信号，用人工的方法制作了一个匹配滤波器，即先用计算机算出所需要的信号的傅里叶频谱，然后用黑白线条对这个频谱进行编码，用放大的尺寸进行绘制，最后以合适的尺寸复制在透明胶片上．这种用人工的方法而非光学方法进行编码制作全息图，称为计算全息(CGH)．到1966年．布朗(B

5、rown)和罗曼(Lohmann)将这种方法推广到二维的情况，制作了用于特征识别的滤波器．不过过去用人工计算，现在使用计算机，可以对一些复杂的甚至不存在的物体来制作全息图．所以多年来有很大的发展，已经成功的应用在空间滤波、三维显示、全息干涉及莫阿计量、光学信息存储和激光扫描等方面．计算全息图的再现与光学全息图的再现相似，也是利用光的衍射理论，再现光被计算全息图调制后，经一段距离的衍射，在接受面上汇聚，形成与原物逼真的像．为了实现动态的全息三维显示，从二十世纪八十年代开始，出现了新的计算全息图的载体，包括各种空间光调制器，如声光调制器(LCD，LiquidCry

6、stalDisplay)，DMD和光折变晶体等．再现光入射到这些载体上，经载体上的全息图的调制后，出射光就能带有计算全息图的信息，并且这些载体可以实时的变换所显示的计算全息图，在接受面上得到动态的再现像．为了预先了解再现像的情况，也可以采用计算机来模拟再现的过程，即在荐现过程中，采用数字编码、滤波器、非线性变换等方式进行调制以模拟各种光学再现的过程，得到的再现像一般是一幅离散的数字图像，这样也便于输入计算机进行后续处理和研究．本文就采用卷积算法和傅里叶变换算法对已得的计算干涉全息图进行了再现，并经过一系列数字图像处理技术进行滤波，得到了理想的再现结果．9第二章

7、计算全息干涉图的实现原理计算机产生的干涉图是用于存储、再现波面信息的干涉图．用计算机模拟产生光学干涉图，只需要预先知道干涉图样的数学表达式即可．所以，制作计算全息干涉图的第一步就是要得到一幅干涉图样的数学表达式。图1菲涅尔全息原理图以菲涅耳平面波全息原理图图为例来阐述干涉图样的数学表达。假设被记录物体的透过率函数为，用单位振幅的垂直光波照明，透过物体后物平面的复振幅分布，则在相距为z的记录介质平面上，衍射物波的复振幅分布可由菲涅耳衍射积分公式得：(1)平面上的复振幅分布可表示为：(2)其中，,为参考波波长，为其偏向角，当=0时，就由离轴全息图转化为同轴全息图，

8、全息面的光场分布为：(3)9相应的光强