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1、物理学和高新技术3数字全息技术的原理和应用•郑德香张岩沈京玲张存林(首都师范大学物理系北京100037)摘要数字全息是随着现代计算机和CCD技术发展而产生的一种新的全息成像技术.文章主要介绍数字全息技术的基本原理,数字全息重建中的主要方法以及数字全息技术以其独特的优点在各个领域中的应用.关键词数字全息,图像重建,微结构检测Principleandapplicationsofdigitalholography•ZHENGDe2XiangZHANGYanSHENJing2LingZHANGCun2Lin(DepartmentofPhysics,CapitalNormal
2、University,Beijing100037,China)AbstractDigitalholography,anewimagingtechnology,hasbeenintroducedthroughthedevelopmentofcomputersandCCDtechnology.Webrieflyreviewthebasicprincipleofdigitalholography,methodsofholographicreconstruction,andtheadvantagesandpotentialapplicationsofthistechnolo
3、gyinvariousdif2ferentfields.Keywordsdigitalholography,holographicreconstruction,microstructuretesting将主要介绍数字全息的基本原理和数字全息图的几1前言种重建方法,以及数字全息技术在各个方面的应用.全息技术的思想最早是由英国科学家Dennis2全息技术的发展[1]Gabor于1948年提出的,由于受到光源等条件的限制,直到20世纪60年代第一台激光器问世以全息技术的基本原理是:物体反射的光波与参来,全息技术才获得了空前的发展.全息技术的主要考光波相干叠加产生干涉条纹,
4、被记录的这些干涉特点是它不仅记录了物体的振幅信息,而且记录了条纹称为全息图.全息图在一定的条件下再现,便可物体的位相信息,从而更加真实地反映了原物体.其重现原物体逼真的三维像.根据全息图的记录手段中数字全息技术是利用CCD等电荷耦合器件取代和再现方式的不同,一般可将全息技术分为三类:传统光学全息中的记录介质来记录全息图,重建的(1)光学全息:如图1(a)所示,全息图的记录过程是过程在计算机中完成,因此数字全息不仅继承了传光学过程,再现过程也是利用光学照明来实现的,这统全息的特点,而且还具有其自身的优点:(1)没有种全息过程就是传统的光学全息;(2)计算全息:如湿处理
5、过程,可以实时进行图像的获取和处理.(2)图1(b)所示,利用计算机模拟光的传播,通过计算数值重建既能得到重建光波场的强度分布,也能获机形成全息图,打印全息图后微缩形成母板,也可用取相位信息.(3)采用脉冲激光作为光源时,曝光时激光直写系统形成计算机全息图(CHG),或利用液间短.(4)数值重建还可以方便地进行数字聚焦,容晶光阀(LCD)或空间光调制器显示全息图,利用光易实现三维观测.数字全息已经被应用于干涉计量、3北京市科技新星计划资助项目微小粒子检测、器件形貌分析、微小形变与缺陷探2004-03-18收到初稿,2004-05-31修回测、显微成像和记录运动物体状
6、态等诸多领域.本文•通讯联系人.E2mail:yzhang@mail.cnu.edu.cn·843·33卷(2004年)11期©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net物理学和高新技术学照明重现,这样的全息方法称作计算全息;(3)数列干涉条纹,要得到物体的再现像,必须对全息图进[2]字全息:如图1(c)所示,它是由顾德门在1967年行重建处理.就光学全息和计算全息而言,其重建过提出的一种新的全息成像方法,以CCD等光电耦合程
7、属于光学再现过程,即将记录物体全部信息的全器件取代传统的干版记录全息图,并由计算机以数息图经过一系列处理以后,用适当的光照明全息图,字的形式对全息图进行再现,但是当时受到各种条光通过全息图时的衍射光和衍射光之间的干涉形成件的制约,一直没有重大的进展.随着计算机技术的了与原物光波相似的光波,构成物体的再现像.对于发展和高分辨CCD等电荷耦合器件的出现,数字全数字全息来说,是先将CCD记录的全息图数字化,息技术才得到迅速的发展.数字全息图从形式上可然后在计算机中重建物体的再现像,由此可见,重建以分为四种类型:(1)像面数字全息图;(2)数字全息方法直接影响再现像的效
