基于空間光調(diào)制器的非相干數(shù)字全息單次曝光研究.pdf

1、近年來，數(shù)字全息術(shù)飛速發(fā)展，該技術(shù)是基于光學(xué)成像原理在光電耦合器件CCD或者CMOS上記錄物體的光場信息的，然后在計(jì)算機(jī)上經(jīng)數(shù)值再現(xiàn)算法重構(gòu)出原物光場。若采用高相干性的激光進(jìn)行記錄，會(huì)產(chǎn)生散斑噪聲，光路中的光學(xué)元件的反射也會(huì)產(chǎn)生寄生干涉，而非相干數(shù)字全息術(shù)采用的是非相干光源照明實(shí)現(xiàn)干涉記錄，克服了這一缺點(diǎn)。作為非相干數(shù)字全息術(shù)中最引人關(guān)注的是菲涅爾非相干相關(guān)全息術(shù)(FINCH)，該技術(shù)物參共路，使外界環(huán)境的干擾在記錄時(shí)被有效消除，提高了

2、該裝置的實(shí)用性能及穩(wěn)定性能。通過改變空間光調(diào)制器（Spatial Light Modulator，SLM）前置的光路能夠?qū)崿F(xiàn)不同功能的成像系統(tǒng)，例如共聚焦顯微成像、熒光顯微成像、望遠(yuǎn)成像等。SLM是FINCH成像系統(tǒng)的核心器件，有兩方面的作用，一是作為分束器，對入射光波進(jìn)行振幅分割產(chǎn)生物光波和參考光波，二是作為相移器，在再現(xiàn)過程中結(jié)合相移算法完成零級像和共軛像的去除，通過這種方法需要采集多幅全息圖，只能對靜態(tài)物體進(jìn)行觀察與測量，限制其應(yīng)

3、用范圍。同軸數(shù)字全息實(shí)現(xiàn)單次曝光可以通過改變光路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，但是這一技術(shù)在構(gòu)建與系統(tǒng)調(diào)整過程稍顯復(fù)雜，且會(huì)令成本增加，記錄元件增多，使其不利于實(shí)際應(yīng)用。也可以利用壓縮傳感算法(Compressive Sensing，CS)來實(shí)現(xiàn)單次曝光，但是CS算法相對復(fù)雜，運(yùn)行程序耗時(shí)增加，在高分辨率成像時(shí)若采用分塊處理還會(huì)出現(xiàn)塊效應(yīng)。在近幾年的發(fā)展中，SLM在數(shù)字全息領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，我們利用它的可分區(qū)域編碼特性對其展開研究，實(shí)現(xiàn)FINCH成像單

4、次曝光。本文利用純相位空間光調(diào)制器具有可分區(qū)編碼調(diào)制相位特性，圍繞FINCH系統(tǒng)做了如下幾方面的分析研究:
　　(1)在波動(dòng)光學(xué)理論基礎(chǔ)上推導(dǎo)了全息記錄與再現(xiàn)的過程，分析了數(shù)字全息和傳統(tǒng)全息相比存在的幾大優(yōu)勢，并著重分析了同軸數(shù)字全息中點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，如何消除零級項(xiàng)與孿生像的影響。
　　(2)以非相干數(shù)字全息為理論依據(jù)，推導(dǎo)FINCH系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)、橫向放大率、重建距離等數(shù)學(xué)表達(dá)式，并系統(tǒng)地分析了影響分辨率的主要因

5、素及提高分辨率的方法。
　　(3)搭建基于FINCH系統(tǒng)的單次曝光實(shí)驗(yàn)光路，利用SLM可分區(qū)域編碼的特性制備掩模，在SLM上加載兩種不同形式的掩模實(shí)現(xiàn)了單次曝光，第一種是單個(gè)光軸同時(shí)加載三個(gè)相移因子0°、120°、240°的掩模，又從掩模的分布排列情況分析了對成像質(zhì)量的影響;第二種方法是同時(shí)加載0°、120°、240°相位，每一個(gè)相位具有一個(gè)獨(dú)立的光軸，所對應(yīng)在的子全息圖在CCD上不重疊，利用簡單提取程序?qū)⒉煌嘁埔蜃訉?yīng)的子全息