【摘要】：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(chǎng)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(chǎng)。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(duì)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(jí)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(duì)靜態(tài)物體進(jìn)行觀察與測(cè)量,限制其應(yīng)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(duì)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(duì)其展開研究,實(shí)現(xiàn)FINCH成像單次曝光。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(shì),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(jí)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(duì)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(duì)應(yīng)在的子全息圖在CCD上不重疊,利用簡(jiǎn)單提取程序?qū)⒉煌嘁埔蜃訉?duì)應(yīng)的子全息圖提取出來,在計(jì)算機(jī)中利用相移技術(shù)及數(shù)值模擬重建算法衍射再現(xiàn)。(4)搭建基于FINCH系統(tǒng)的顯微單次曝光實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),根據(jù)FINCH單次曝光的方法對(duì)顯微成像單次曝光進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O438.1
【圖文】：

圖 2.2 菲涅爾非相干全息圖的記錄如圖 2.2 所示，在物體上任取一點(diǎn)點(diǎn)源 O 點(diǎn)源發(fā)出的光波被分波平面分成兩，這兩束光波傳至記錄平面，該記錄平面處于菲涅爾區(qū)域內(nèi)，相互干涉形涅爾點(diǎn)源全息圖。假設(shè)物點(diǎn)點(diǎn)源為O(0,0,z )，點(diǎn)源發(fā)出的光波為一束發(fā)散的球面波，經(jīng)過距 zs的空間自由傳播后在分波平面的前表面復(fù)振幅分布為exp jπ(x + y )/，在分波面上加載衍射分波模式，復(fù)振幅透過率表示為：T xT,yT=12exp-jπλf1(x2+y2) +12exp-jπλf2(x2+y2) (2.4)如上圖中衍射分光模式中，在分波平面上加載兩個(gè)焦距 f1和 f2兩個(gè)正透鏡，在分波平面后表面的復(fù)振幅分布為：U=12Q1zsQ-1f1+12Q1zsQ-1f12(2.5)在上式中使用了簡(jiǎn)化表達(dá)式，其中：Q(a)=expjπa(x2+y2) (2.6)

模式根據(jù)不同的分布方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證對(duì)成像質(zhì)量的影響，得到的結(jié)果如圖 2.9所示。圖2.9 (a)SLM上加載0。相位掩模;(b)SLM上加載120。相位掩模;(c)SLM上加載240。相位掩模;(d)SLM 分區(qū)域同時(shí)加載 0。、120。、240。相位掩模;(e)加載(d)模式單次曝光再現(xiàn)像;(f)加載(a)模式單次曝光再現(xiàn)像在實(shí)驗(yàn)室只用了 SLM 的 1024×1024 個(gè)像素單元對(duì)分辨率板進(jìn)行 FINCH 成像，如圖 2.9 所示的再現(xiàn)結(jié)果，雖然得到的細(xì)節(jié)不是特別清楚，但被測(cè)分辨率板的大致輪廓都可以呈現(xiàn)出來，而且通過改變?nèi)齻�(gè)相移因子的分布排列可以得到再現(xiàn)像的質(zhì)量與加載在 SLM 上的三個(gè)相移因子分布的間距有關(guān)，因?yàn)樗麄儗?duì)應(yīng)的單步相移子全息圖分離的越遠(yuǎn)就越有利于后續(xù)三步相移去除零級(jí)項(xiàng)與孿生像，所以加載的 0。、120。、 240。三種相位在 SLM 上分布間距越大，再現(xiàn)像質(zhì)量越好，這也進(jìn)一步說明了可以通過調(diào)控 SLM 加載相移的編碼方式

2.10 加載到 SLM 上不同模式下的再現(xiàn)像及在紅線位置處的強(qiáng)度變化圖（內(nèi)嵌圖中白對(duì)應(yīng) 0°、黑色對(duì)應(yīng) 120°、斜紋對(duì)應(yīng) 240°）圖 2.10 為不同的 SLM 相移分布模式下對(duì)再現(xiàn)像質(zhì)量影響，以下三個(gè)相移情況(a1)0。、120。、 240。三個(gè)相位以像元為周期排列；(b1)0。、120。、24個(gè)相位以一行為周期進(jìn)行排列分布；(c1)0。、120。、240。三個(gè)相位以一列期進(jìn)行排列分布；(d1)0。、120。、240。三個(gè)相位從中心依次環(huán)形排列分布e1)0。、120。、240。三個(gè)相位以三行為周期進(jìn)行排列分布；(f1)0。、120。40。三個(gè)相位以三列為周期進(jìn)行排列分布；(g1)0。、120。、240。三個(gè)相位 SLM 三等份排列分布；(h1)SLM 只加載單一相位 0。。為了更方便直觀的三個(gè)相位具體的排列分布，在上圖插入了內(nèi)嵌圖，內(nèi)嵌圖中白色、黑色、分別對(duì)應(yīng) 0。、120。、240。三個(gè)相位，圖 2.10 中(a2)-(h2)是(a1)-(h1)再現(xiàn)像線處對(duì)應(yīng)的像素—強(qiáng)度分布圖，從像素強(qiáng)度分布圖上可以看出，加載的三位因子之間的間隔越小，峰越雜亂無章，得到的成像質(zhì)量越差，有的地方度較小，甚至為零。圖 2.10(a)模式中各個(gè)相位因子間隔是最小的，再現(xiàn)像

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 石俠;朱五鳳;袁斌;杜艷麗;弓巧俠;郭茂田;梁二軍;馬鳳英;;非相干光照明數(shù)字全息實(shí)驗(yàn)研究[J];中國(guó)激光;2015年12期

2 谷婷婷;黃素娟;閆成;繆莊;常征;王廷云;;基于數(shù)字全息圖的光纖折射率測(cè)量研究[J];物理學(xué)報(bào);2015年06期

3 吳建榮;沈夏;喻虹;陳U

本文編號(hào)：2804620