非相干数字全息浅谈

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1、非相干数字全息浅谈09061205王弊歆摘要：全息成像提供了一种从单一观察点捕捉具有完整三位信息画面的可靠、快捷的方法。全息术的类型很多，可以从不同的角度来进行分类：比如根据扌n摄时物与底片距离的远近分为夫琅和费全息与菲涅耳全息；根据参考光与物光共轴与否分为共轴全息与离轴全息；也可以根据底片上乳胶层的厚度与干涉条纹间距的比例分为平面全息（乳胶层很薄以至全息片的性能不受乳胶层厚度影响）和体全息（介质厚度大于干涉条纹间距，介质内部也记录了干涉场的信息）。根据记录材料的不同还有以CCD采集图像的数字全息。下文简单讨论单通道菲涅尔数字全息光学系统，该系统能够

2、得到由非相干光照射的三维实物体的全息图，在这一静态全息技术中，由三维物体反射或发射光，在通过空间光调制器后，用数码相机记录，空间光调制器被作用单通道非和干干涉仪的分束器，使來自物体上各点的球血波被分成两束具有不同曲率半径的球血波。所有球血波干涉结果的非相干总和，即可牛成被观测物体的三维菲涅尔全息图。该全息图可在计算机中再现，使其三维特征得以呈现。关键词：数字全息、非相干全息、计算机全息、全息应用引言：光全息术是D.Gabor在1948年为改善电子显微镜像质所提出的，其意义在于完整的记录。盖伯的实验解决了全息术发明屮的基木问题，即波前的记录和再现，但由

3、于当时缺乏明亮的相干光源（激光器），全息图的成像仍然质量很差。科家们认为新的显示时代已到来.但市于当时没有足够强的相干辐射源，全息术的发展陷入了休眠状态.面临看巨大的障碍光的干涉现彖不太容易在自然形态下明显地发生，是因为在激光器出现Z前，人类能获得的儿乎都是非相干光源。1801年ThomasYoung观察到光的双缝干涉现象，从此确立了光的波动木性。Young川太阳光通过一个针孔光栏后照射到双缝上，在观察屏上出现了彩色的干涉条纹。针孔光栏极人地改善了双缝而上光的空间相干性，是产生干涉的关键。1948年DennisGabor利用光的干涉制作了第一张全息照

4、片［1］。在激光器出现后，全息技术得到广泛的应用如今。全息成像技术已是一种备受关注的成像技术，因为它提供了一种通过观察图像就可以可到其完整的三维空间信息的方法。然而，全息成像技术并不能应川于白光成像领域，是因为白光是飞翔感光，而全息成像则需要相干的干涉系统。木文将简单讨论一种非相干数字全息图的新方法。非相干数字全息图指从事物发射或反射的非相干光束相互干涉，山此产生的干涉图用数码相机记录和数字化处理形成一张全息图。这种二维全息图像可通过计算呈现三维特征。原始的记录非相干全息图的方法，是通过非相干物体上人量的空间自相干源点，与来自源点镜像的光相互干涉而得

5、到的干涉图样。根据这一基本原理，可得到各类全息图。正文：1.CCD记录非相干全息图在非相干光照射的条件下，记录数字菲涅尔全系图像的方法，即菲涅尔非相干全息术（FINCH）,FINCH包括白光的FINCH、荧光物体的FINCH、基于FINCH的荧光全息显微镜,以及合成孔径的全息记录仪。卜-而简单介绍反射H光的菲涅尔非相干全息术一般的，在FINCH系统中，三维物体反射的非相干光，经过空间逛调制器，被数码相机记录，下图给出记录的示意图。其中BS为分光镜，SLM为空降光调制器，CCD为点耦合器件，L代表焦距f=25cm的球面透镜；△入表示带宽60nm的彩色滤

6、光片。白光照射一个三维物体，物体反射的光在通过棱镜L和SLM后，被CCD相机接受。通常情况下，这种系统被视为一个非相干干涉仪，其SLM上的光栅作为光束分离器。因为这种情况比较常见，木文通过对系统对单一无穷小物点的相应来分析该系统。通过系统的点扩散函数可以得到一常规物体在白光照射下的系统运作情况。采用菲涅尔衍射理论分析无穷小物点发射的窄带光束，因为从精度考虑，无穷小的点光源是相干的。FINCH记录仪示意图与球血凸透镜有一定的距离的点源，会在透镜平而上产生一•个大三的球血玻。该光束被SLM被分为两束不同的球面玻，并向与SLM相隔一定距离的CCD传播。因此

7、，在CCD平面，记录全息图的光强是三项的总和（/（x』z）=厶+/。+2（仏严cos（切）），分别为两个复共饥二次相位函数项和一个常数项。这个结果是通过全息记录系统的点扩散函数得到的，对于一个被窄带非相干光照射的普通三位物体，全息图的记录光强是全部点扩散函数的积分结果。除了常数项，全息图表达式还包括两项目标苗数与二次相位歯数及与Z相关函数的关联函数。为了保留三项屮的单一关联项，通常采川共轴数字全息术。同i物体的三张全息图分别记录了其不同的相位常数，最后一张全息图是三张全息图的叠加，这三张全息图既包含期望的目标函数与Z相关二次相位函数的关联函数。通过菲

8、涅尔传播公式计算全息图。能够用计算机在线物体的三维图像。2•数字全息数字全息［2］是用光电传感器件(如CCD