数字显微全息关键技术研究

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1、上海大学博士学位论文数字显微全息关键技术研究姓名：周文静申请学位级别：博士专业：机械电子工程指导教师：于瀛洁20071101上海大学博十学位论文摘要本文主要研究实现微小或显微相位物体的三维轮廓再现的数字显微全息关键技术。论文基于数字显微全息技术，构建了多种数字离轴显微全息再现系统和光栅相移数字同轴显微全息再现系统。并实现了基于全息再现原理的相位物体，如相位光栅、活体细胞的三维相位再现。为获得正确的原始显微深度结构或轮廓再现结果，本文对数字显微全息技术展开深入研究。在此基础上，提出了以下四项创新点。1、最佳再现距离d和数字再现光波倾斜因子k⋯的调整技术xk再现距

2、离d和数字再现光波倾斜因子k～是实现数字全息图正确数值再现xk的重要参数。离焦误差和倾斜误差的存在对再现信息尤其是再现相位信息均会引起畸变的结果。本文提出基于修正平均梯度的调焦方法，抑制了菲涅耳近似再现算法中再现像大小随再现距离变化对聚焦判断的影响，获得最佳再现距离。同时根据傅里叶变换的频移特性，实现了倾斜因子k。的自动调整。x,k2、基于再现平面相位相减的误差校正技术全息图数值再现信息中，系统误差的抑制或消除方法很多，但各有利弊。本文所提出的再现平面相位相减全息图处理新方法，利用样本全息图和背景全息图，通过再现相位相减处理，减去除样本之外的系统相位误差，实现

3、再现平面上原始物波准确及高精度的相位再现结果。该方法能有效、合理地消除光源噪声、光学器件所引入的相位误差和其它背景相位误差，且保证了记录样本的相位信息中与误差分布类似的分项不被误处理。在活体细胞的全息再现中，该方法的优点体现尤为显著。3、预放大数字离轴全息图中二次相位误差校『F技术显微物镜所引入的二次项相位误差的校正是完成预放大数字显微全息图数值再现的重要环节。针对现有校正方法的不足，本文所提出的基于显微物镜后焦面的二次项相位误差校正、衍射计算获得原始物波的预放大数字显微全息图数值再现的新方法，避免了硬件校正的严格限制，校正调整参数具有单一性，且只需单幅全息图

4、再现，对记录样本特性也没有限制。4、光栅相移数字同轴全息图处理技术传统相移技术用于同轴全息再现，需要引入参考光源，从而无法实现单光束数字同轴全息的记录。基于点衍射理论的数字同轴全息再现技术仅限于高度透明和尺寸远小于记录介质面径尺寸的记录样本。本文提出了利用数字微镜器件DMD实现的光栅相移数字同轴全息再现技术。该技术利用正弦振幅光栅相移技术和衍射处理技术实现同轴全息图的数值再现，获得原始物波信息。该方法进一步结合DMD的分光特性，可实现光栅相移数字同轴全息正交再现系统，为实现显微物体的高精度形貌或结构再现指引了很好的方向和提供了有力保证。关键词：数字显微全息技术

5、，三维轮廓再现，离轴全息再现，光栅相移同轴全息再现上海大学博士学位论文ABSTRACTInmisdissertation．digitalmicro．holographyforthereconstructionofthreedimensionalprofilesofthesmallormicrophaseobjectsanditskeytechniquesarestudied．Basedondigitalmicro—holography,severalkindsofdigitaloff-linemicro--holographicsystemsarebuilta

6、ndonekindofgratingphase·-shiftingdigitalin—linemicro．holographicsystemiSpresentedtorealizethereconstructionofthreedimensionalphaseinformationofthetestedphaseobjectsincludingphasegratingandlivingcell．Inordertogettherightreconstructioninformationoftheoriginalmicro．structureortheprofil

7、e，wehavepaidattentiontotheresearchofdigitalmicro—holography,andproposefournoveltechniquesasfollows：1．Estimationtechniqueofoptimalreconstructiondistancedandtitlingfactorsk，，k，，ofthenumericalreconstructionwaveThereconstructiondistancedandthetitlingfactorsk，，k．，ofthenumericalreconstruc

8、tionwavearethreeimp