基于空间光调制器的非相干数字全息分辨率研究

作     者：何九如 

作者单位：郑州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：马凤英

授予年度：2019年

学科分类：080902[工学-电路与系统] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：全息 非相干全息 广义相移干涉术 螺旋相位 分辨率 

摘      要：传统成像技术只能记录光场的二维强度信息;而全息术作为一种两步成像技术,分别利用光的干涉和衍射原理来记录和重建光场的振幅和相位,因此可以实现光场的三维空间信息探测。随着光电传感器及计算机技术的发展与成熟,非相干数字全息应运而生。基于自干涉原理的非相干全息术突破了传统全息对光源相干性要求的限制,克服了激光全息对系统稳定性要求高的缺点,具有结构简单、记录速度快、重建灵活、易于与现有成熟光学系统相匹配等优点,具有广泛的应用前景。本文主要研究两种非相干数字全息术:基于迈克尔逊干涉仪的非相干全息与基于空间光调制器的非相干全息。搭建基于迈克尔逊干涉仪的非相干全息相机,重点研究广义相移干涉法在去除非相干同轴全息中零级像和孪生像的可行性;分析基于空间光调制器的非相干数字全息基本原理,验证其成像特性,在此基础上研究螺旋相位调制下系统的成像特性,并将其应用于显微成像;重点讨论典型双透镜模式下FINCH成像系统的分辨率。论文主要包含以下四方面:(1)主要介绍非相干全息的基本原理,对四种典型非相干同轴记录光路进行简要分析;重点阐述基于空间光调制器的非相干数字全息的成像原理,得到系统的点扩散函数,从系统分辨率、二维成像和三维成像三个方面进行实验,研究系统的成像特性。(2)搭建基于迈克尔逊干涉仪的非相干全息相机,推导出该系统的点扩散函数,采用广义相移法替代压电陶瓷相移器消除孪生像和零级像,避免机械误差,提高系统成像速度。(3)研究空间光调制器的螺旋相位加载模式,给出螺旋相位调制下系统点扩散函数的精确数学模型,并对分辨率板和生物样本成像,实现边缘对比增强的效果。(4)重点研究非相干数字全息成像系统输入和输出孔径两种决定因素下系统的分辨率,当输出孔径为系统分辨率的决定因素时,讨论影响系统分辨率的三个因素,给出不同记录距离下系统的分辨率表达式。