Discrete multi-step phase hologram for high frequency acoustic modulation

Acoustic holograms can recover wavefront stored acoustic field information and produce high-fidelity complex acoustic fields. Benefiting from the huge spatial information that traditional acoustic elements cannot match, acoustic holograms pursue the realization of high-resolution complex acoustic fields and gradually tend to high-frequency ultrasound applications. However, conventional continuous phase holograms are limited by three-dimensional(3D) printing size, and the presence of unavoidable small printing errors makes it difficult to achieve acoustic field reconstruction at high frequency accuracy. Here, we present an optimized discrete multi-step phase hologram. It can ensure the reconstruction quality of image with high robustness, and properly lower the requirement for the 3D printing accuracy. Meanwhile, the concept of reconstruction similarity is proposed to refine a measure of acoustic field quality. In addition, the realized complex acoustic field at 20 MHz promotes the application of acoustic holograms at high frequencies and provides a new way to generate high-fidelity acoustic fields.

Spatiotemporal double-phase hologram for complex-amplitude holographic displays

This Letter describes an approach to encode complex-amplitude light waves with spatiotemporal double-phase holograms(DPHs) for overcoming the limit of the space-bandwidth product(SBP) delivered by existing methods. To construct DPHs, two spatially macro-pixel encoded phase components are employed in the SBP-preserved resampling of complex holograms. Four generated sub-DPHs are displayed sequentially in time for high-quality holographic image reconstruction without reducing the image size or discarding any image terms when the DPHs are interweaved. The reconstructed holographic images contain more details and less speckle noise, with their signal-to-noise ratio and structure similarity index being improved by 14.64% and 78.79%,respectively.

Phase-only stereoscopic hologram calculation based on Gerchberg–Saxton iterative algorithm

A phase-only computer-generated holography（CGH） calculation method for stereoscopic holography is proposed in this paper.The two-dimensional（2D） perspective projection views of the three-dimensional（3D） object are generated by the computer graphics rendering techniques.Based on these views,a phase-only hologram is calculated by using the Gerchberg–Saxton（GS） iterative algorithm.Comparing with the non-iterative algorithm in the conventional stereoscopic holography,the proposed method improves the holographic image quality,especially for the phase-only hologram encoded from the complex distribution.Both simulation and optical experiment results demonstrate that our proposed method can give higher quality reconstruction comparing with the traditional method.

Circular Polarization Hologram Realized by Pancharatnam-Berry Phase in Microwave Frequency

Metasurfaces have shown great potential in controlling the propagation of electromagnetic waves, making them suitable for holographic beam-shaping elements. Using the principle of array synthesis, holograms have been realized in microwave frequency to manipulate electromagnetic waves to generate specific field patterns. However, current research is almost based on linear polarization and has little analysis on the circular polarization microwave hologram. Herein, we propose a circular polarization hologram realized by sub-wavelength units with self-adaptively phase profiles of electromagnetic waves. The full, continuous control of the phase is achieved by using a single structure unit based on the Pancharatnam-Berry phase. The inhomogeneity of wave-front is considered through amplitude and phase compensation which are essential to improve the quality of microwave hologram. The model achieves circular polarization hologram in microwave frequency and the clear field pattern is generated. The circular polarization hologram enriched the research field of microwave imaging, thus providing more inspirations for the development of various related techniques.

基于混合相位的多平面全息显示

在计算全息术中,基于层析法实现多平面全息显示是最常用的方法之一。针对层析法中多个平面之间存在串扰的问题,本文结合随机相位和二次相位的优点,提出了一种基于混合相位的多平面全息显示方法。首先,选择合适的权重因子生成混合相位代替随机相位作为初始相位。利用迭代傅里叶变换算法进行迭代后,将获得的每个子全息图与具有不同重建距离的菲涅尔波带片叠加,接着将每个全息图以复振幅叠加,获取相位后得到纯相位全息图,从而将分层图像重构于指定的平面上。利用硅基液晶空间光调制器搭建多平面全息显示系统开展了相关的光学实验。实验结果表明,与基于随机相位的方法相比,本文方法提高了结构相似性参数(最高可达4.6%),减弱了多个全息重构平面之间的串扰,提高了多平面全息显示的再现质量。

RFreeTrack:基于差分相位全息图的RFID非接触式鲁棒定位系统

针对复杂室内环境非接触式RFID目标定位误差大的问题,提出了RFreeTrack系统,其使用商用RFID设备计算出目标反射信号,实现了复杂环境下高精度非接触式目标定位。首先,提出了一种基于时间序列相似度的搜索方法用于校准静态信号,从而显著增强了目标反射信号提取的鲁棒性。然后,提出了基于差分相位全息图的非接触式定位方法,排除阅读器天线位置的影响,提升了定位准确度,降低了系统的部署难度。最后,实现了一个高精度的非接触式定位系统原型。实验表明,在复杂环境中使用校准后的静态信号提取出的目标反射信号相位,相较于现有方法误差降低了68.8%。基于校准过的静态反射信号,在复杂环境中使用差分相位全息图的定位误差平均值为0.040 8 m,相较于现有方法提升了50.6%。

可编程菲涅耳相位透镜应用于多平面全息投影

研究了基于菲涅耳相位透镜实现多平面全息投影的方法,采用硅基液晶相位调制器建立了多平面全息投影系统.首先,利用可编程菲涅耳相位透镜代替傅里叶透镜,将计算机生成的相位全息图与菲涅耳透镜的相位结合;其次,基于时分复用和空分复用原理提出了加载菲涅耳相位透镜与相位全息图到相位空间光调制器上的两种方法;最后,讨论了在多平面全息投影中每个单一平面实现旋转物体动态360°视角显示的方法.实验结果表明:在距离硅基液晶分别为500、800、1 100和1 400mm处的四个重构平面可以获得全息投影图像;通过动态地改变菲涅耳相位透镜的焦距,可以实现多平面全息投影.

牙冠外形三维光学测量系统标定实验(二)——位相-高度转换实验

目的：验证牙冠外形三维光学测量系统标定实验（一）的结果。方法：用牙冠外形三维光学测量系统测量标准圆柱状石膏模型，将测量得到的位相值转成该石膏模型表面高度值。结果：得到标准圆柱状石膏模型表面实际高度图，比较准确地反映出了被测量圆柱标准试件的高度。结论：所采取标定实验简单实用。

一种基于二元位相加密的大信息量数字全息水印

研究了一种基于二元位相加密的大信息量数字全息水印方法,对需隐藏的水印信息用二元位相编码,然后再用2台阶位相密钥进行加密,作为水印插入宿主图像中,解码后得到了高质量的水印结果 与平面波照明数字全息水印相比,采用位相密钥数字全息水印有效地提高了水印提取的安全性和相对光学效率,并保持了对大信息量水印的提取质量,解码过程不依赖于原图像. 计算和分析了二元位相密钥的空间分布对水印信息提取质量的影响。

纯相位菲涅尔全息图的反馈迭代算法及其硅基液晶显示

研究了纯相位菲涅尔计算全息图的制作方法,给出了一种生成纯相位菲涅尔计算全息图的算法.首先研究了菲涅尔衍射的数值模拟算法,分析了两种数值模拟算法的计算速度.将计算速度较快的菲涅尔衍射数值模拟算法和迭代算法相结合,并引入比例反馈,得到纯相位菲涅尔计算全息图的反馈迭代算法.其次,对比例反馈系数的选取进行了实验研究,得到其最优经验值范围,然后进行了仿真实验.仿真结果表明,该算法降低了重构误差,提高了全息图重构质量.最后基于新型空间光调制器反射型硅基液晶,建立了全息显示光电实验系统,对该算法进行了验证.

位相全息光栅折射率调制度的一种结算方法

本文通过讨论体全息光栅理论,推导出位相型全息光栅折射率调制度、平均折射率、乳胶厚度和消隐角之间的关系,从而找到了估算位相型全息光栅折射率调制度的一种方法,并在实验中进行亍验证。

基于全息图放大的数字全息显微结构测量

针对典型预放大数字显微全息光路中存在的二次位相误差,设计了基于全息图放大的数字全息显微光路。首先用光束照射透明显微物体,然后与平行参考光干涉,形成全息图,最后经显微镜获得放大的全息图。这种光路从系统上直接消除了主要由球面波引起的位相畸变,有利于处理的数字化及实时化。以位相光栅(30 lp/mm,槽深约0.3μm)作为实验样本,对此光路进行了分析研究,并分别用菲涅耳近似法和卷积法再现单幅全息图,同时获取了物体的强度信息和三维位相信息,位相深度为0.27μm。实验结果表明,本文设计的光路对二次位相产生的离焦误差有明显的抑制作用。

基于并行结构的相位恢复算法在全息激光投影中的应用

全息激光投影技术相比传统图像显示技术有突出的优势。作为全息激光投影技术的关键图像处理算法——相位恢复算法,算法的收敛速率和精度都有待提高,在实际计算中它们的效果不够理想,甚至不能保证迭代过程总收敛到正确解。基于此,本文提出了基于并行结构的相位恢复算法(PGSGA)。该方法思路是对多个初值进行并行运算,不断"筛"出最优结果来对GS算法进行加速。仿真实验证明,该算法在收敛速率和恢复的灰阶图像质量等方面具有优越性。

迂回相位编码的傅里叶变换计算全息图及其再现

光学全息图直接利用光学干涉法在记录介质上记录物光波和参考光波叠加后形成的干涉图样 ,而采用计算全息 (CGH)的方法可不借助参考光直接记录物光波的复振幅信息。如果对迂回相位编码的全息图再进行一次逆的快速傅里叶变换 ,则可由计算机模拟完成物光波的全息图再现。试验结果也验证了该方法的可行性。

用调制度评价卤化银乳胶全息记录材料的特性

为了测定卤化银乳胶全息记录材料的特性，传统方法通常是测定其光密度Ｄ，衍射效率η和信噪比ＳＮＲ等与曝光量、光束比或条纹可见度等参量之间的关系。本文采用了一种利用位相调制度评价全息记录材料的特性的方法。它有助于更全面、更透彻地了解卤化银乳胶对于拍摄全息图的主要性能。

Gyrator变换全息图及其在图像加密中的应用

提出了gyrator变换全息图,利用gyrator变换快速算法模拟实现了gyrator变换全息图的产生和再现,并研究了基于相移数字全息的gyrator变换全息图.在此基础上提出了采用正弦相位光栅实现光学图像加密的新方法.该方法利用gyrator变换在相空间的旋转特性,将gyrator变换的角度、光栅的频率及光栅的旋转角度作为加密密钥,并利用两个或两个以上的gyrator变换系统的级联实现图像加密,增加了系统的安全性.依据相移数字全息进行的两个gyrator变换系统级联的仿真实验验证了该方法的可行性、有效性及其良好的安全性能.

基于相位重构的计算全息再现光场中噪声的消除方法

由于量化噪声、胶片中有大量微小颗粒等原因,用CGH再现的光场中往往有散斑噪声。为了消除散斑噪声,文章提出了一种新的处理思路和方法:不是刻意去获得低噪声的再现光场,而是用数字全息技术重构再现光场(包括散斑噪声)的振幅和相位,继而从再现光场中消除散斑噪声,得到高质量的再现光场。实验结果表明,即使在散斑噪声很大的情况下用该方法得到的光场依然是令人满意的。

用于防伪的编码全息图(英文)

本文对加密防伪全息图像的光学编码及解码技术进行了研究。论述了理论基础,给出了光路设计,在大量实验的基础上,首次提出了一种带余弦剖面的新型位相编码器,并利用该编码器获得了满意的编、解码效果。

双随机相位不对称分数傅里叶变换计算全息

提出了双随机相位不对称分数傅里叶变换计算全息。首先用一随机相位函数乘以输入图像信息,然后沿x方向实施α级次的一维分数傅里叶变换,再乘以第2个随机相位函数,最后沿y方向实施β级次的一维分数傅里叶变换。采用迂回位相编码法对变换后的结果编码,绘出计算全息图。为了恢复原图像,需要知道变换级次和随机相位函数。利用这种方法进行图像加密,使加密图像的密钥由原来两重增加到四重,从而提高了系统的保密性能。

一种在反射体积全息图片的拍摄中稳定干涉条纹的方法

介绍一种在反射体积全息图片的拍摄中采用单片机控制稳定干涉条纹的方法。外界扰动常造成干涉条纹的随机漂移 ,从而使拍摄到的反射体积全息图片质量下降。在组成迈克尔逊光路中 ,利用带有数字PID调节器的反馈控制系统去控制压电陶瓷PZT产生位移 ,补偿干涉条纹的漂移 ,获得了比光学双稳态调节更为稳定的干涉条纹 。