第二章数字激光全息技术应用与发展

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1、本章目录第二章数字激光全息技术应用与发展2.1基于同轴数字全息系统概述2.1.1全息的技术的特点2.1.2同轴数字全息技术的发展2.1.3同轴数字全息在海洋科学屮的应用2.2同轴数字全息基础理论2.2.1同轴全息记录原理2.2.2同轴数字全息再现原理菲涅尔衍射2.3无透镜同轴数字全息系统搭建2.3.1实验计划2.3.2组成要素与实验流程2.3.3系统光源与记录器件选择-一激光器和CCD1激光器选择依据2CCD选择依据2.3.4空间滤波器2.3.5同轴全息的理论记录条件2.4无透镜同轴数字全息系统分辨率测试2.4.1计算全息CGH的特点2

2、.4.2计算机模拟重构【CGH】流程2.4.3计算光波场描述的数学方法2.4.4再现计算全息的菲涅尔算法2.4.5计算全息的分辨率测试2.4.6标准板分辨率测试2.5实验结果及对比分析2.5.1与真实图像比较2.5.2以真实颗粒验证系统分辨率2.6本章小结第二章数字激光全息技术应用与发展木章介绍全息技术发展和基木全息成像理论，为实验提供理论基础；在分析研究目的基础上搭建全息观测系统并校准，为实验提供技术准备。2.1基于同轴数字全息系统概述2.1.1全息的技术的特点所谓全息(Holography)本意为全部的图像信息。aholograph

3、y来自于希腊，holo表示"全部”，graph表示“写”或者“描绘图像”。与传统光学成像借助透镜记录物体光场强度信号不同，全息图可以记录物体发射的的衍射信息，并且使衍射光能够被重现，其位置和大小与Z前相同，即不仅记录了物体的振幅信息，而且记录了物体的位相信息,从而更加真实地反映了原物体.。全息图可以用于储存、重现、处理光学信息。rHariharan,(2002),12.6,pl07]全息技术是英国物理学家DeniseGabor(1900-1979)在1947年对电了显微镜进行改进吋意外发现并申请专利【Gabor,Dennis(1948)

4、.HAnewmicroscopicprinciple'1.Nature.161:777-8]o直到1960年激光技术岀现，光学全息才显示出优越性。他因此获得诺贝尔物理学奖(1971年)。与传统照相技术比较，全息技术的特点：表【【水下粒子场数字探测方法研究钟强】】比较内容数字全息全息光学传统光学记录方式CCD湿板胶片曝光储存方式数字储存全息干板胶片再现方式计算机使用原来光路再现相纸信息量三维信息二维信息光源激光/LED/普通光源普通光源拍摄环境非接触接触表现方式不呈现背景不呈现背景全景记录【陈家碧.等编著.激光原理及应用[M].电子工业出

5、版社.2005.8]全息技术的分类根据全息图的记录手段和再现方式的不同，一般可将全息技术分为=类【数字全息技术的原理和应用郑徳香等】：划分标准种类特点物光参考光位置同轴全息物光参考光同轴离轴全息物光参考光有夹角按光波特点菲涅尔全息直接记录光波，不需要透镜夫琅禾费全息用白光作为光源时将会得到彩色衍射图样傅里叶变换全息光波加频谱记录记录介质平面全息菲涅尔全息和傅里叶变换全息体积全息满足布拉格条件按重构时照明光源激光记录激光再现实验室使用激光记录白光再现丹尼苏克，单色再现白光记录白光再现使用胶片按重构时照明光衍射光方向透射型透明物体反射型不透

6、明物体按照重构像特征像面全息记录时用凸透镜在干板上成像，白光再现彩虹全息激光记录白光再现360度合成全息多角度拍摄真彩色全息三色激光记录三色激光再现根据记录手段和再现方式光学全息光学记录光学再现计算全息模拟记录光学再现数字全息CCD记录计算机再现2.1.2同轴数字全息技术的发展数字全息技术是现代计算机技术与光学相结合的产物。该技术将全息记录材料替换为电耦合器件来记录全息图像，并用数字化的方法模拟光衍射过程对全息图像进行重建，实现了全息技术从数据采集到重建全过程的数字化，给全息技术带来了巨大的发展。近年来，数字全息技术已经在形貌测量［51

7、］、显微［52］、检测［53］等多个领域得到了应用。【基于压缩同轴数字全息的研究作者姓名：陈宝鑫】数字全息是运用计算机时代的全息图记录和再现方式。1967年,Goodman和Lawrence利用光敏电子成像器件记录全息图，把所记录的全息图存入计算机，之后用计算机进行模拟再现，从此全息技术进入数字化发展阶段Goodman,P・W・Lawrence・Digitalimageformulationfromelec-tronicallydetectedholograms(J).Appl.Phys.Lett.,1967,11(3):77-79.)

8、。数字全息技术作为传统全息技术的一种替代手段，直接采用CCD相机接收微粒的全息图像，能够实现图像的实时获取和处理。再用数字方法重建粒子场，在数值重建过程中能同时得到光波场的强度和相位信息，数值重建还可以方便