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二值化相位全息图的设计研究

二值化相位全息图的设计研究

作者：沈亚明东南大学

学位级别：硕士

全息三维显示技术相比于二维显示技术来说,能提供满足人眼生理观察需求的所有三维场景的深度信息。光学全息只能记录和再现真实存在的物体,计算全息图可方便灵活的实现真实和虚拟的三维场景的动态三维显示。计算机制相位全息图可获得任... 详细信息

全息三维显示技术相比于二维显示技术来说,能提供满足人眼生理观察需求的所有三维场景的深度信息。光学全息只能记录和再现真实存在的物体,计算全息图可方便灵活的实现真实和虚拟的三维场景的动态三维显示。计算机制相位全息图可获得任意期望的光强分布,相比于振幅全息,具有极高的衍射效率。目前全息三维显示技术主要通过空间光调制器或者光致折变材料来实现实时的三维显示。但空间光折变器普遍存在分辨率不足的缺点,光致折变材料的刷新速度达不到视频显示的要求。VO2薄膜材料具有相变时间短,折射率变化大的特点,所以可以设计二值化的相位全息图来调制VO2薄膜材料作为新的全息三维显示的光致折变材料。相位全息图的相位值分布在0-2π之间,相位二值化即将其所有相位值二值化为0和π,会造成大量的信息损失。图像的频谱分布会影响相位全息图二值化损失的信息量。频谱动态范围越大,二值化损失的信息量越大,频谱越平滑,损失的信息量越少。本文针对图像傅里叶频谱高频区频谱较平滑,低频区频谱动态范围过大的特点,结合直接二元搜索法,将高频区和低频区分别再现,得到的再现图像强度相加合成为原始图的再现像。从模拟仿真验证了这种二值化方法的可行性,并与傅里叶变换算法,G-S方法,逐步迭代法和直接二元搜索法进行了比较,仿真结果表明从图像频谱角度去优化设计二值化相位全息图,有助于提高二值化相位全息图再现像的质量。

关键词：傅里叶变换频谱二值化相位全息图

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硅基液晶相位全息图的复合优化算法研究

硅基液晶相位全息图的复合优化算法研究

作者：张晓谕中央民族大学

学位级别：硕士

硅基液晶空间光调制器凭借其灵活多变的特性在光学信息处理与自适应光学等许多领域都发挥着重要作用。相位全息图是硅基液晶发挥作用的关键所在,其优化生成通常采用经典的迭代傅里叶变换算法来实现。然而,通过传统算法得到的相位全息图... 详细信息

硅基液晶空间光调制器凭借其灵活多变的特性在光学信息处理与自适应光学等许多领域都发挥着重要作用。相位全息图是硅基液晶发挥作用的关键所在,其优化生成通常采用经典的迭代傅里叶变换算法来实现。然而,通过传统算法得到的相位全息图在进行衍射计算时,得到的结果并不能让人完全满意,在衍射效率及光场的相似度等方面仍有较大的提升空间。本文针对上述问题,采取传统算法与智能优化算法相结合的方式对硅基液晶相位全息图的生成问题进行了一定的理论和实验研究。论文完成的主要工作如下:1.在分析了硅基液晶基本结构与工作原理的基础上,针对1920×1080像素的硅基液晶芯片,对现有的多种优化算法进行了分析与比较,总结对比了各算法的特点。选取了迭代傅里叶变换算法作为复合优化的前置算法,智能优化算法作为后置算法的复合方式。2.在对复合算法进行完善设计的前提下,设计了三种侧重不同的应用情形,等比例光束分束,非等比例光束分束与超高斯光束整形,并分别对各复合算法进行了仿真研究。研究得出,差分进化算法对传统算法的复合效果最为良好,迭代傅里叶变化算法与差分进化算法的复合往往能使前置优化结果的均方根误差降低2个数量级以上。3.设计并完成了非等比例光束分束实验,对上述研究结论进行了实验验证。将GS算法与差分进化算法进行复合后,均方根误差降低了2个数量级;将SIFTA算法与差分进化算法进行复合后,均方根误差降低了3个数量级。表明实验结果与仿真结果基本一致,复合算法在一定程度上改进了传统算法。本文针对硅基液晶应用中的相位恢复算法进行了仿真与实验研究,采取了传统迭代傅里叶变换算法与智能优化算法复合的方式对原始算法进行了一定的优化与改进,并得出迭代傅里叶变换算法与差分进化算法的复合效果最佳。

关键词：硅基液晶相位全息图算法复合迭代傅里叶变换算法智能优化算法

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基于相位全息图的飞秒激光并行加工方法研究

基于相位全息图的飞秒激光并行加工方法研究

作者：胡勇涛湖北工业大学

学位级别：硕士

飞秒微加工是激光加工领域中的前沿技术,具有加工精度高,热影响小和加工材料广泛等优点,而且能实现三维的微细加工,在制作光波导、分束器和耦合器等领域都具有重要应用,但是飞秒激光微加工最大的缺点是加工效率低下,能量利用率低,传统... 详细信息

飞秒微加工是激光加工领域中的前沿技术,具有加工精度高,热影响小和加工材料广泛等优点,而且能实现三维的微细加工,在制作光波导、分束器和耦合器等领域都具有重要应用,但是飞秒激光微加工最大的缺点是加工效率低下,能量利用率低,传统的微加工只需要微焦级别的单脉冲能量,激光器输出的能量一般都是毫焦级别的,能量利用率不足0.1%。本文利用空间光调制器(Spatial Light Modulator,SLM)的并行加工方法,通过SLM产生多光束,把一个高能量光束分解为微焦级别的多光束,利用飞秒激光在PMMA材料内部进行直写光栅的研究,获得了光栅常数为10um的光栅,采用并行加工的方法,极大地提高了加工效率。本文主要研究内容如下:首先,详细介绍了空间光调制器的相位调制原理和基于衍射光栅的模拟原理。在介绍与讨论衍射光栅与衍射角关系的基础上,分析了利用多个衍射光栅叠加调制产生多光束的原理,开展了利用空间光调制器实现对多光束控制的研究。并详细介绍了目前几种常见的产生多光束的算法,包括达曼光栅和GS、GL算法,分析了其各自的优缺点。并利用GS算法对目标进行优化,通过空间光调制器软件计算得到计算机全息图(computer generated hologram,CGH),CGH加载到空间光调制器上实现了飞秒多光束的并行加工。其次,设计并搭建了一套飞秒并行加工系统,详细介绍了飞秒并行加工组成部分,包括飞秒激光器,空间光调制器,4F光学系统,CCD相机,三维移动平台及控制软件,并对实验的光路及原理进行了简单分析。再次,简单介绍了飞秒激光透明材料内部直写光栅的研究意义,阐述了飞秒激光在透明材料损伤的定义,并详细介绍了烧蚀透明材料的机理,其中着重介绍了雪崩电离和多光子吸收理论。开展了利用飞秒激光在透明材料内部聚焦进行直写光栅的研究。针对实验材料PMMA,找出了其特定的光折变阈值,利用飞秒激光在透明材料PMMA内部聚焦,实现了光栅常数为10um的光栅的制备,利用多光束在PMMA样品内进行了多光束并行加工的实验。最后,对论文进行总结和展望,并对接下来进一步研究提出了几点建议与展望。

关键词：飞秒激光相位全息图多光束 PMMA 直写光栅

在液体光化聚合混合物中记录相位全息图的机理

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国外激光 1990年第5期 34-37页

作者：晴天

本文叙述和分析在多元光化聚合混合物上记录相位全息图机理的实验,这种全息图的特点是长时间稳定性。全息记录用的光化聚合混合物参数在衍射效率峰值、长时间稳定性和信噪比方面的最佳化会使成分复杂化。本文研究了上述参数最佳化的四组... 详细信息

本文叙述和分析在多元光化聚合混合物上记录相位全息图机理的实验,这种全息图的特点是长时间稳定性。全息记录用的光化聚合混合物参数在衍射效率峰值、长时间稳定性和信噪比方面的最佳化会使成分复杂化。本文研究了上述参数最佳化的四组分488,它在正常条件下是单相溶液。该系统的组分是:X——双官能低聚物——11%(重量),Y——多官能单基物——44%(重量)。

关键词：液体光化聚合物记录相位全息图

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照相相位全息图:显影液成分对散射和衍射效率的影响

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光学技术 1988年第6期14卷 26-30页

作者： P.Hariharan C.M.Chidley 臧甲鹏

用传统的定影后再用漂白的方法处理的照相相位全息图,与没有经过定影就用反转漂白所加工的全息图相比,通常具有较高的衍射效率。但是,它却表现出相当严重的散射噪音。用这两种漂白法进行实验,其结果表明了显影液成份是如何影响散射噪音... 详细信息

用传统的定影后再用漂白的方法处理的照相相位全息图,与没有经过定影就用反转漂白所加工的全息图相比,通常具有较高的衍射效率。但是,它却表现出相当严重的散射噪音。用这两种漂白法进行实验,其结果表明了显影液成份是如何影响散射噪音和衍射效率的。与显影有关的两个过程,即溶解物理显影过程和明胶的局部硬化过程,对所观察到的效应起着主导作用。

关键词：衍射效率抗坏血酸相位全息图显影液米吐尔

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利用空间光调制器动态相位全息图产生三维光学结构

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利用空间光调制器动态相位全息图产生三维光学结构

2011西部光子学学术会议

作者：马百恒姚保利雷铭严绍辉郜鹏闵俊伟郑娟娟但旦李泽唐创段弢杨延龙于湘华郭荣礼中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室

再现加载于空间光调制器的相位全息图是获得期望光场分布的一个有效途径,该方法广泛应用于光学捕获、图像再现、光束整形等领域,而且在三维显示与投影领域有巨大的应用前景。影响再现光场质量与效率的因素主要有两个:一是所用空间光调... 详细信息

再现加载于空间光调制器的相位全息图是获得期望光场分布的一个有效途径,该方法广泛应用于光学捕获、图像再现、光束整形等领域,而且在三维显示与投影领域有巨大的应用前景。影响再现光场质量与效率的因素主要有两个:一是所用空间光调制器的光调制性能,关键在于能否产生相位调制范围为O-2的纯相位调制;另一个是计算与优化所得相位全息图的质量,主要是能否快速获得高质量的相位全息图。

关键词：空间光调制器相位全息图三维再现

来源： cnki会议评论

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体相位全息图

光机电信息 1994年第7期 42-42页

本专利阐述一种改变体相位全息图衍射效率的新技术。用液晶充入体相位全息图中的微小空隙,当液晶折射率为15.2,聚合物的折射率为1.56,全息图具有很低的衍射效

关键词：相位全息图衍射效率

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二元相位计算全息图

光学学报 1983年第2期 126-131页

作者：龚建民中国科学技术大学物理系研究生

本文提出了对物体傅里叶变换频谱的实部或者虚部编码制作计算全息图的方法,并且指出这种全息图可以在相位编码方向上采用多路技术,使其具有一图多用的功能.文中给出了实验结果.

关键词：计算全息图傅里叶变换实部虚部积分变换相位全息图调相制PM 相位编码

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三维图像显示的计算全息图设计方法研究

三维图像显示的计算全息图设计方法研究

作者：希盼西安工业大学

学位级别：硕士

随着光电技术的飞速发展,光电器件的性能日渐提升,与此同时,计算全息设计方法也在不断创新,全息三维显示由于能够提供真实或虚拟场景的深度信息,使观察者感受到图像的立体感和逼真感,在各个领域的应用逐渐崭露头角。其中,三维计算全息... 详细信息

随着光电技术的飞速发展,光电器件的性能日渐提升,与此同时,计算全息设计方法也在不断创新,全息三维显示由于能够提供真实或虚拟场景的深度信息,使观察者感受到图像的立体感和逼真感,在各个领域的应用逐渐崭露头角。其中,三维计算全息显示技术摆脱了传统全息术对全息记录光路的依赖,借助计算机和显示设备可以灵活且高效地生成各种复杂的三维图像,使得图像显示更为灵活便利,已经成为当前三维显示领域的研究热点。然而在计算全息显示中,针对复杂的三维场景,仍存在着计算过程复杂、运算速度较慢、重建图像显示效果较差等缺点。针对这些问题,本文提出了一种采用GS算法和误差扩散算法相结合的方法,从三维物体全息图的设计到三维图像的再现方法,开展了相关研究工作,主要研究内容如下:1.对全息三维显示技术的研究难点进行分析总结,阐述了常用的三维计算全息算法,结合层析法以及GS算法实现了三维物体全息图相位结构的设计。对三维物体的形貌进行数据采集,对其进行分层处理,对每层物面分别利用GS算法获得相对应的全息图,将其复振幅进行叠加,编码得到三维物体计算全息图的相位结构。2.针对三维图像全息图再现像质量不高的问题,在层析法的基础上,提出了GS算法与误差扩散算法相结合的方法,实现三维图像计算全息图的生成,借助计算机软件模拟重建出三维物体清晰的再现图像。基于液晶空间光调制器搭建全息再现光学系统,进行光学再现实验,对获取的三维光学图像进行分析。实验结果表明,采用GS算法与误差扩散算法相结合的方法可以有效提高三维物体再现像的质量。3.为了提升三维图像的显示效果,对三维图像显示的衍射距离与其成像范围进行分析研究,分别对不同衍射距离的多张二维图像进行记录,模拟三维物体进行仿真计算,并进行光学实验验证。实验结果表明,随着衍射距离的增大,三维物体的成像范围也随之增大,但三维物体最佳像面再现像的清晰度会逐渐下降,三维物体的显示效果逐渐降低。

关键词：全息三维显示计算全息图(CGH) 相位全息图误差扩散算法再现质量