基于数字全息技术的光学实验探究

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1、基于数字全息技术的光学实验探究摘要：数字全息技术是一项融合了光学、电学、信息技术学科的综合性技术，具有传统光学全息不可超越的优点，笔者首先分析了数字全息技术的记录和再现原理，其次通过具体的光学实例展示了数宁全息技术在光学实验中记录和再现的应用。关键词：数字全息光学实验菲涅尔全息图中图分类号:TP391.41；0438.1文献标识码：A文章编号：1007-9416(2013)12-0107-011数字全息技术的基本原理数字全息技术虽然是新兴技术，但仍然秉承了传统光学全息的理念，整个过程可以分为两步：第一步，记录。通过用CCD接受全息图，再通过

2、使用图像釆集卡将转换为数字信息的全息图存贮到电脑中；第二步，再现。通过计算机语言编程模拟光波得到图像的再现，为了保证图像的清晰度，必须进行滤波消除衍射像。1.1数字全息图的记录原理数字全息的记录和再现原理图如下图1所示。1.2数字全息图的再现原理数字全息图的再现是指通过电脑软件进行模拟光波衍射的再现，具体步骤如下：第一步，通过数字信息再现物体和参考光波的全息波场；第二步，根据光学衍射理论，通过电脑软件进行数字模拟光波的衍射过程,同时计算再现成像平面的光波场分布情况，就能获得物体的强度像和相位像。2数字全息光学实验实例将数字全息技术应用丁•光

3、学实验的主耍目的是帮助学生理解数字全息技术的记录和再现的基本过程，通过应用光波衍射理论并通过Matlab编程实现全息图的再现，掌握新型技术的使用方法。下述通过使用塑料色子和USAF-1951分辨率鉴别板进行数字全息技术光学实验实例，展示数字全息图的记录和再现。2.1实验装置组成介绍所用光源波长为532nm,单纵模固态激光器输出功率为20mW,PBS（偏振分光棱镜）与前后半波片组成分光系统，目的为了产生偏振态相同的两束光。一束光作为参考光，另一束光照射到物体作为物光，两者经过BS（消偏振分光棱镜）合束叠加形成全息图，最后采用CMOS相机记录再

4、现。在进行实验时，物体到相机的距离为500mmo2.2数字全息图的记录第一步，为了保证全息图的质量，在进行实验之前要调整物光和参考光的强度比。根据光学理论知识可知两者强度相同、偏振态相同时图像质量最佳。实验时是通过调整PBS左边的半波片来实现物光和参考光的强度比，将两者光线分别照射相机，经过相同的曝光时间比较两者的灰度值来实现两者强度比的调整。第二步，通过调整PBS右边的半波片來实现偏振态的调整，并通过检偏器来实现两者偏振态的一致性。然后，通过旋转分光棱镜调整光线的入射角，以保证实像、共辘像及零级像能够区分开。实验时为了提高效率常将全息图进

5、行傅里叶变换获得频谱图，通过比较上述三者的频谱位置来调整夹角。第三步,设置照相机的曝光时间,同时调整其工作在线性区域，记录数字全息图。2.3数字全息图的再现第一步，为了保证再现图像的质量，首先对其进行滤波处理，主要的目的是除去零级像和共轨像，避免对再现像造成的干扰。具体过程为：获得变换后的全息频谱图，将再现实像之外的所有频谱都去掉，然后将其进行反傅里叶变换，从而得到再现实像的全息图。第二步，将上述处理后的全息图，通过数字处理及菲涅尔衍射，通过算法重构物体的再现像。