【摘要】：數(shù)字全息,由于其在定量測量光場復振幅方面的獨特優(yōu)勢,被廣泛關(guān)注并應用于諸多領(lǐng)域。其中,近年發(fā)展起來的共路離軸數(shù)字全息,其參與干涉的物光與參考光經(jīng)過幾乎相同的光路和相同的光學元件這一結(jié)構(gòu)特點,使得這一類數(shù)字全息技術(shù)相對基于Mach-Zehnder干涉儀和Michelson干涉儀這類非共路結(jié)構(gòu)的數(shù)字全息技術(shù)具有穩(wěn)定性高、對機械振動和空氣擾動的抗干擾能力強、使用的光學元件少等優(yōu)點,在數(shù)字全息顯微、定量相位測量以及偏振測量等領(lǐng)域被廣泛應用。本論文針對共路離軸偏振數(shù)字全息開展了理論和實驗研究,主要開展了以下工作:1.對全息技術(shù)特別是數(shù)字全息技術(shù)的研究背景和發(fā)展現(xiàn)狀進行了文獻綜述;簡要介紹了消除全息圖再現(xiàn)像中零級像和孿生像的方法、數(shù)字全息的再現(xiàn)算法以及提高數(shù)字全息分辨率的方法,介紹了共路離軸數(shù)字全息的優(yōu)點和存在的問題,以及近年來基于空分復用思想對共路離軸數(shù)字全息的改進,重點介紹了近年來共路離軸偏振數(shù)字全息在偏振測量中的應用。2.簡要介紹了標量衍射以及偏振全息的基本理論。包括標量衍射理論以及由標量衍射理論導出的常用積分公式。介紹了全息的記錄和再現(xiàn)原理、離軸數(shù)字全息的記錄條件,并對兩種常用的數(shù)字全息再現(xiàn)算法——Fresnel變換法和卷積算法進行了介紹,比較了這兩種算法得到的再現(xiàn)像分辨率與再現(xiàn)距離和波長之間的關(guān)系。簡要介紹了偏振的基本理論,包括偏振光場的Stocks矢量表示和Jones矢量表示,以及Jones矩陣下偏振光學元件的表示方法。3.對數(shù)字全息再現(xiàn)過程中涉及的光場衍射數(shù)值模擬計算方法進行了研究。提出了一種改進的傳遞函數(shù)抽樣算法,解決了傳統(tǒng)的傳遞函數(shù)法只能對衍射距離小于特征距離處的衍射光場進行準確計算的缺陷,使得利用傳遞函數(shù)法可以計算任意距離處的衍射光場,為與已有傳統(tǒng)傳遞函數(shù)法區(qū)分,我們將這種經(jīng)過改進的傳遞函數(shù)抽樣算法稱為“修正傳遞函數(shù)法”。通過Matlab編程,將利用修正傳遞函數(shù)法與已有傳統(tǒng)傳遞函數(shù)法模擬得到的不同距離處衍射光場的強度分布與理論結(jié)果相比較,驗證了該方法的準確性和優(yōu)越性。在此基礎(chǔ)上,進一步給出了一種基于快速Hankel變換計算圓對稱衍射光場的數(shù)值模擬計算方法,以及相關(guān)的模擬結(jié)果。并將基于快速Hankel變換的修正傳遞函數(shù)法應用于Fresnel波帶板的設(shè)計,計算了利用波矢積分法設(shè)計的“圓聚焦”和“線聚焦”模式下的廣義Fresnel波帶板的衍射光場。4.提出了一種基于正交光柵剪切干涉的雙通道共路離軸偏振全息成像方法。利用該方法,可以實現(xiàn)對物光兩個正交偏振分量復振幅分布的實時記錄和再現(xiàn),可以對樣品的雙折射特性和光場偏振態(tài)進行測量。文中對基于光柵的單臂橫向剪切干涉儀的記錄特性與系統(tǒng)參量之間的關(guān)系進行了理論推導,并結(jié)合系統(tǒng)光路的原理圖對基于正交光柵剪切干涉的雙通道共路離軸偏振全息成像系統(tǒng)的成像、記錄和測量原理進行了理論分析,通過Matlab編程,對系統(tǒng)的記錄和測量過程進行了模擬驗證。根據(jù)系統(tǒng)原理圖,搭建了實驗光路,對透過雙折射樣品后的光場偏振態(tài)進行了測量。文中給出了利用該系統(tǒng)對待測光場的Jones矢量和Stocks參量進行測量的實驗結(jié)果。5.提出了一種快速測量液晶空間光調(diào)制器(LCSLM)復振幅調(diào)制特性的實驗方法。分析推導了LCSLM的Jones矩陣。通過理論分析,給出了利用雙通道共路離軸偏振全息成像系統(tǒng)對LCSLM的四個Jones矩陣參量進行快速測量并消除背景噪聲影響的方法。在實驗上實現(xiàn)了對LCSLM在0-255灰度下的Jones矩陣二維分布的測量,給出了Jones矩陣參量的振幅和相位隨灰度的變化曲線,并進一步給出了對測量數(shù)據(jù)準確性的實驗驗證結(jié)果。
【學位授予單位】：山東師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O438.1
【圖文】：

山東師范大學碩士學位論文字全息中記錄設(shè)備像素數(shù)對，利用所有記錄的全息圖來再現(xiàn)方法進行了實驗驗證[32]。次年于離軸數(shù)字全息中，通過移動行合成再現(xiàn)，使得分辨率提高出了利用多光束照明[34-37]、字全息的成像質(zhì)量和分辨率，工具，得到了廣泛的應用。及實現(xiàn)方式

山東師范大學碩士學位論文品的光束通過剪切分光得到的，這兩束光經(jīng)過了相同光路和成像系統(tǒng)。但是由涉的兩束光都會經(jīng)過物體，再現(xiàn)像會受到除零級項和孿生像外的一些附加項（）的影響。為了克服這一缺點，近年來，一些改進的單臂橫向剪切干涉系統(tǒng)被路離軸數(shù)字全息中[45, 46, 48-51]。例如，Mico 等人[48]和 Seo 等人[49]幾乎同時提出空分復用的共路數(shù)字全息系統(tǒng)，將系統(tǒng)的輸入面分成相鄰的兩部分，并在輸入面之間插入剪切元件來實現(xiàn)物光與參考光的相干疊加，從而得到全息圖，如圖。這種空分復用的方法近年來被廣泛用于共路離軸數(shù)字全息中[45, 52]。

而不會對樣品造成損傷。軸偏振數(shù)字全息在偏振測量中的應用偏振全息，由于其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定等優(yōu)勢，在偏振測量方Y(jié). Kim 等人提出一種具有共路離軸結(jié)構(gòu)的數(shù)字全息顯微鏡示，該系統(tǒng)通過由伺服電機控制的光學斬波器來改變?nèi)肷湔駪B(tài)在+45 度和-45 度之間的快速轉(zhuǎn)換，并利用光柵作為考光之間的離軸干涉，在 4f 系統(tǒng)的頻譜面對作為物光的兩選擇，使到達記錄面的兩束物光偏振態(tài)分別為 0 度和 90 射光與作為參考光的 0 級光到達記錄面時，得到的全息振分量的信息。通過改變?nèi)肷涔馄駪B(tài)記錄第二幅全息圖兩步測量。

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本文編號：2771556