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红外与激光工程 2019年第8期48卷 267-274页

作者：臧瑞环汤明玉段智勇马凤英杜艳丽刘晓旻弓巧侠郑州大学物理工程学院

菲涅耳非相干相关全息术(Fresnel Incoherent Correlation Holography,FINCH)属于同轴全息系统,需要通过相移技术去除零级像和共轭像。通过对FINCH系统记录及再现过程的理论分析,根据系统点扩散函数推导出了n步相移数学计算公式,模拟仿... 详细信息

菲涅耳非相干相关全息术(Fresnel Incoherent Correlation Holography,FINCH)属于同轴全息系统,需要通过相移技术去除零级像和共轭像。通过对FINCH系统记录及再现过程的理论分析,根据系统点扩散函数推导出了n步相移数学计算公式,模拟仿真了相移步数n对FINCH系统成像质量的影响,并搭建了非相干光反射式数字全息记录系统,对模拟结果进行了实验验证。模拟仿真及实验结果表明:通过增加相移步数不能显著提高再现像质量;二步相移能够提高记录速度,通过去除原始图像和小波分解的方法可以抑制零级像,提高再现像质量;通过对三步相移每个相移全息图拍摄多次求平均值后得到的再现像与拍摄一次得到的再现像对比发现,随着拍摄次数的增加,得到的再现像质量越来越好,背景噪声大大减弱,再现像强度越来越大,为FINCH系统再现像质量的改善提供了新的思路和新的实验基础。

关键词：全息术菲涅耳非相干相关全息术相移技术小波分解

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基于FINCH系统的动态成像及超表面全息彩色成像研究

基于FINCH系统的动态成像及超表面全息彩色成像研究

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作者：张雨郑州大学

学位级别：硕士

全息术(Holography)作为最有潜力实现3D显示的方法,可以完美地再现原始物体的振幅和相位信息,包含数字全息和计算全息等主流研究领域。菲涅耳非相干相关全息术(Fresnel Incoherent Correlation Holography,FINCH)作为数字全息的一个分支... 详细信息

全息术(Holography)作为最有潜力实现3D显示的方法,可以完美地再现原始物体的振幅和相位信息,包含数字全息和计算全息等主流研究领域。菲涅耳非相干相关全息术(Fresnel Incoherent Correlation Holography,FINCH)作为数字全息的一个分支,具有稳定性强、分辨率高、成像速度快等特点。但传统FINCH技术需要在空间光调制器(Spatial Light Modulator,SLM)上加载不同相位掩模,进行至少三次记录才能得到清晰的再现像,限制了它在动态成像方面的应用。如何通过单次曝光,实现多种干涉图样的同时记录并高质量地再现原始物体成为FINCH系统的研究热点。SLM是FINCH系统中的主要器件,在计算全息中也起着至关重要的作用。但现有阶段可用的SLM大多只能对相位或振幅单一调制,且反射式SLM的工作方式不利于光路紧凑化和器件集成。此外,微米量级的像素单元大小用于可见光波段的全息显示会产生多种干扰。作为二十一世纪的新兴研究方向,超表面全息以其超薄平坦的构型、比光的波长更小的单元结构、可以实现更大的视场角、从原理上规避因使用SLM而产生的干扰像等优势,备受学者关注。当前基于超表面全息的研究大多集中在实现可调的成像结果。而在显示领域,图像的色彩信息同样重要,如何使用复色光入射,实现彩色成像的相关研究并不多见。本文的研究重点是如何在不改变传统FINCH系统的基础上,通过单次曝光,实现全息图的实时记录和动态再现;使用全电介质材料设计超表面彩色相位调制单元,并对GS(Gerchberg-Saxton)算法进行改进,最后对超表面全息彩色成像进行数值模拟:1.基于FINCH系统的动态成像。本文在传统FINCH光路的基础上,仅改变相位掩模,实现单次曝光FINCH,并将其成像结果与传统方法进行对比,结果证明其成像质量与三步相移接近且优于二步相移技术。使用两种不同运动方式的实验物体进行动态成像实验。并对实验结果进行分析,证明单次曝光FINCH技术的可行性。2.超表面仿真及GS算法的改进。使用Si O和Ti O设计超表面单元,并以π/4为相位调制间隔,对超表面器件进行仿真。根据相位调制能力与透射率的对应关系,对传统GS算法提出两种针对性的改进方式,并将成像结果进行对比。3.超表面全息彩色成像。使用纯电介质材料设计具有彩色滤波和相位调制功能的单元结构,并对其性能进行计算。针对不同单元的透射率差异,设计彩色阵列排布。最后使用改进GS算法对超表面全息彩色成像进行模拟。

关键词：全息术菲涅耳非相干相关全息术单次曝光超表面全息彩色成像

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