数字全息干涉术用于微波等离子体推进器羽流场的研究

利用数字全息干涉术研究了微波等离子体推进器羽流场的分布特征,由所记录的羽流场的数字全息图,经数值再现,得到了羽流场的相位分布,进而计算出等离子体羽流场的电子数密度.通过相位倍增法增加了羽流场的干涉条纹密度,从而能够更直观地反映出羽流场的折射率分布.结果表明,数字全息干涉术是研究微波等离子体推进器羽流场的一种有效方法.

利用数字全息干涉术测量电路板的连续弯曲形变

采用离轴菲涅耳数字全息干涉术实现了对电路板表面的连续弯曲形变测量。在电路板两端依次施加0.01mm至15mm位移载荷过程中,记录了1 501幅全息图。通过相邻两幅全息图数值重建的复振幅相位分布相减得到干涉相位差,根据相位差与离面位移的关系计算得到照明测量区域的离面位移,通过累加获得了施加1～15mm位移载荷时电路板表面的弯曲形变测量结果。由5块相同规格电路板上照明测量区域中同一电容中心点的离面位移,计算得到测量结果的A类不确定度不超过0.008mm,加载夹具引起的测量结果的B类不确定度为0.003 5mm,测量结果的合成不确定度不超过0.008 7mm。实验表明这种利用离轴菲涅耳数字全息干涉术测量物体大位移连续弯曲形变的方法具有良好的重复性和稳定性。

基于数字全息干涉术的液相扩散过程可视化（英文）

提出了利用数字全息干涉术可视化观测液相扩散过程.实验中,采用马赫-曾德干涉仪光路记录乙醇与水之间两相扩散过程的多幅数字全息图;再通过数值再现不同扩散状态的波前相位分布,获得液体中的摩尔浓度分布;最后,根据菲克定律获得两相流扩散系数.结果表明:利用数字全息干涉术可实现对液相扩散传质过程的快速、实时及高精度测量;该方法还具有可实现远程监控、拥有大量微观数据的优点;此外,采用文中全息干涉光路结合波分与角分复用技术可实现多相流扩散系数的测量,为获得溶液中非线性变化特征参量提供了有效技术手段.

数字全息干涉法流体质扩散系数实验研究

本文首先对数字全息干涉术中的数字图像处理理论以及数字全息干涉法实验原理作了详细研究。在此基础上,对数字图像处理中全息图的预处理、全息图像的频域滤波、数字干涉条纹再现等关键技术做了详细阐述。自行设计和搭建了数字全息干涉法流体质扩散系数测量实验台。以0.33 mol·L^(-1)的氯化钾溶液-水的扩散体系作为标准物质,测量了其质扩散系数。结果显示,与文献数据比较测量相对偏差绝对平均值为1.30%,验证了实验台的可靠性。

数字全息干涉测量的时域和复数空间处理法

描写了一种新颖的在复数域处理数字全息干涉的方法。不同于一般的直接处理相位信息的数字相位相减法,本文提出的方法处理的是可以直接得出相位的复数信号。基于这种概念,本文提出了两种时域相位提取的算法。在这两种算法中,CCD相机感光原件的每一个像素做为一个新的独立的传感器,然后每个像素的复数信号作为时间的函数被测量和处理。这两种算法被应用于有台阶的物体的形貌检测,试验的结果证明,本文提出的算法优越于现在的数字全息通用的算法。

基于数字全息干涉术的云微物理参数同步测量方法

云微物理参数对气候变化、天气预测、人工影响天气、飞行安全等领域具有重要的影响.目前,基于光散射、碰撞和成像理论的云微物理参数测量方法存在反演过程需要对云滴谱和粒子特性进行假设、撞击过程会破坏粒子特征、无法获得云粒子三维特征等瓶颈问题.本文提出了基于干涉理论,结合光信息处理、景深压缩与融合全息图的灰度梯度方差技术的同轴数字全息干涉术测量方法,可为云滴谱、云粒子直径、数浓度精细同步探测提供z轴定位精度为0.01 mm、系统分辨率为2μm的技术手段.实验中,以超声波雾化器产生的中值直径为3.9μm的液滴粒子作为液相云粒子的模拟,测量结果与实际相符.该方法可为研究云中液态水含量,及夹卷、凝结、碰撞和时空演化规律提供有效的支持,对粒子的动力学研究具有借鉴意义,并为我国陆基及机载测云应用提供了一套可行的系统解决方案.

基于数字全息干涉技术的动态超声场成像与检测

为了实现对超声场的非接触全场测量和成像,提出了基于数字全息干涉的动态超声场的测量和成像方法。对超声场的测量进行理论分析,研究了基于数字全息干涉技术的动态声场测量原理。同时,针对不同时刻的动态声场,研究了主要的测量流程和数据分析过程。在此基础上设计了基于脉冲激光器的反射式数字全息显微成像系统,其中包括光学检测子系统、超声子系统和同步控制子系统。实验结果表明,对于动态超声场,可以在一个时间序列中,对不同时刻的超声场进行测量和成像。同时,文中设计了微缺陷试样,利用动态超声场测量技术对微缺陷进行检测。实验结果表明,文中所研究的动态声场测量方法和系统可以有效地识别出试件中微小的内部缺陷。

数字全息干涉测量中消相关误差的理论分析与仿真估计

为了对数字全息干涉测量中消相关误差进行理论分析与估计,首先推导了数字全息成像系统的点扩散函数的一般形式,对其作出了一定近似;并通过对二次曝光数字全息干涉法中同一像点的复振幅进行统计光学分析,得出了消相关误差的统计性质;最后通过MATLAB对其进行了仿真。仿真结果表明:理论分析得出的消相关误差的统计性质是符合消相关现象的;进行数字全息干涉测量的条件是每两次曝光的数字全息图的消相关度应满足ρx+ρy<0.1。

利用数字全息干涉术测定材料的泊松比

根据数字全息干涉术的基本原理,利用CCD分别记录物场状态变化前后的无透镜傅里叶变换全息图,通过数值再现分别得到不同状态下物场的复振幅分布,从而直接得到不同状态下物场间的干涉条纹图样。如果该物场是由板状试样的离面弯曲引起的,则通过测量干涉条纹图样中相同相位条纹的渐近线之间的夹角,即可确定出材料的泊松比。实验证明该方法简单易行,尤其适合对光学粗糙表面、小泊松比或小尺寸的试样进行全场测量,测量结果具有良好的重复性,较高的灵敏度和精度。

利用数字全息干涉术观察RuO_2:LiNbO_3晶体中畴反转的区域特性

利用马赫曾德尔干涉光路和4f光学透镜系统,以部分畴反转的掺钌铌酸锂晶体(RuO2:LiNbO3)的透射光作为物光来记录全息图,并在数值再现过程对其进行频域滤波以实现物场波前信息的数值重建,检测出在一定电压作用下晶体内部折射率变化的二维分布.检测结果证实:晶体中发生畴反转的区域与发生电色效应的区域严格相符.数字全息干涉术非接触、无干扰、无破坏的优势在准实时监控、检测和分析铌酸锂晶体畴反转方面有很好的应用前景.

数字全息干涉相位导数计算的研究

应变测量对材料评估与分析非常重要。通过计算数字全息干涉的相位导数可实现应变测量。本文针对数字全息干涉相位导数提取问题,对数字剪切法和基于二维伪维格纳法进行研究。数字剪切法通过对干涉复相量的数字平移实现剪切,确定干涉相位导数,而二维伪维格纳法则通过对干涉复相量的二维伪维格纳分布变换,由变换模极值对应的频域参数确定相位导数。数字剪切法需干涉复相量的数字剪切过程,还需相位去包裹。由于激光散斑噪声的影响,直接数字剪切法处理效果较差,通过对剪切干涉复相量滤波,能较好消除散斑噪声影响。二维伪维格纳法无需数字剪切和相位去包裹,就可同时得到2个方向的干涉相位导数,但处理时间较长,处理效果较差。最后,用数字全息干涉法对四周固定、中心加载铝圆盘进行了实际测量,并分别用数字剪切法和二维伪维格纳法进行了分析。结果表明,滤波数字剪切法处理时间适中,处理效果较好。

可采用任意未知相移的广义相移数字全息干涉术

相移干涉术（Phase—Shifting Interferometry，PSI）是波前再现及光学检测的重要手段。传统PSI需要三幅以上干涉图，各步相移量必须为确定的特殊值2π／N（N为整数），而相移器不可避免的实际误差会对测量精度带来严重影响。针对以上问题，我们提出了可以应用任意未知相移的广义相移干涉术（Generalized Phase-Shifting Interferometry．GPSI）的概念。在GPSI中，每步相移量不仅可以是0-π之间彼此不等的任意值，而且一般来说可以是未知的。

数字全息干涉位移场分离研究

提出了一种基于窗口傅里叶脊的离面与面内位移分离方法,应用于数字全息的多分量干涉相位场分离。首先,物光束对称照射待测物体,参考光束直接照射CCD靶面,由CCD相机记录物体变形前后的两幅离轴数字全息图;然后,采用菲涅尔衍射积分法再现物体变形前后的复物光场,再由两幅复物光场共轭相乘构建干涉场,利用幅度区分准则和窗口傅里叶变换处理复干涉场,通过窗口傅里叶脊值的搜索,提取不同灵敏度矢量物光对应的干涉相位分量;再对干涉相位场进行简单数值运算,将面内与离面位移场分离出来。最后,对周边固定、点加载、绕轴向旋转的Al制圆盘三维位移场进行实际测量。实验结果验证了本文方法的有效性。

基于脉冲数字全息干涉术的云滴谱离散度研究

为了研究云滴谱的离散度与云微物理参量之间的相关性,提出了基于现场可编程门阵列的短脉冲调制激光、高分辨率显微光学系统和同轴数字全息干涉术相融合的观测技术,该技术探测云滴粒子的最小尺寸为2μm,还可以获得完整的云滴谱谱宽数据。在膨胀云室中连续三天的不同气溶胶数浓度下,开展了生消过程中云滴粒子的三维位置与直径的观测,利用观测结果计算了云微物理参量。进一步分析了云滴谱的离散度与云微物理参量在生成与消散过程中的正相关关系。通过比对不同气溶胶数浓度条件下云滴谱离散度的分布情况,得到了随着云滴数浓度的增多,离散度的取值范围会逐渐减小,且离散度相对拟合线的离散性降低的结论。

激光全息干涉法测量液相质扩散系数数字图像处理的研究

用He-Ne激光器、CCD和图像采集系统等仪器设备,搭建了数字激光全息干涉法测量液相质扩散系数的实验系统,并测试获得了浓度为0.33 mol/l KCl水溶液在298.15 K温度下的全息干涉图像,采用了图像增强、全息干涉条纹图再现及相位展开等数字图像处理过程的关键技术对全息干涉图进行处理,得到了相位展开后物光相位差,经换算后获得了该溶液的质扩散系数。为化工工程上研究替代制冷剂急需的质扩散系数测量提供了有效的方法。

处理双曝光数字全息的一种新方法

在分析传统双曝光全息术和常用数字全息干涉术不足的基础上,利用数字全息术在全息记录与数字处理方面的灵活性,提出了一种处理双曝光数字全息记录结果的新方法——差值数字全息法。该方法首先将记录物体变形前后物光波与参考光波干涉场的2个数字全息相减,形成差值数字全息;然后对差值数字全息直接进行模拟衍射再现,就可以得到物体变形前后2个物光波的高质量干涉条纹。与通常的双曝光数字全息干涉技术及叠加数字全息法相比较,差值数字全息法的优点在于,既不需要事先专门消除数字全息中的零级强度项,只需要一次再现过程,并且所得干涉条纹的质量较高。在给出处理双曝光数字全息干涉技术记录结果的叠加数字全息法和差值数字全息法原理之后,通过实验及对实验结果的对比证明了差值数字全息法的可行性与优越性。

用数字激光全息实验装置测量泊松比

在数字全息干涉原理的基础上设计了用于泊松比测量的数字激光全息实验装置,利用该装置经过样品加载、全息图记录、全息图数值重建和泊松比计算步骤即可以获得材料的泊松比,实现非接触和实时测量.碳/碳复合材料的泊松比测量结果表明实验准确,重复性较好.

三维超声驻波场的数字全息测量与重建研究

利用数字全息干涉术研究了超声驻波场的三维分布特征,由所记录的不同角度的超声驻波场的数字全息图,经数值再现,得到了超声驻波场的强度和相位差分布图,进而由迭代重建算法重建出超声驻波场的三维分布曲线。结果表明,数字全息干涉术与迭代重建算法相结合是测量与重建三维超声驻波场的一种方便有效方法。

内部微缺陷的超声与数字全息成像检测系统设计

微机电系统与微机械零件的内部微缺陷需要高精度、强穿透性的非接触检测技术。目前缺少这样内部微缺陷的检测方法。针对上述问题,设计了超声与数字全息成像的复合系统。该系统结合了超声检测的强穿透能力和数字全息成像技术的高分辨率。该系统包括近场超声子系统、数字全息子系统和同步控制子系统。在近场超声子系统中,产生的近场超声波场穿过样品的内部缺陷,在样品表面形成表面超声波场,再通过数字全息子系统测量和分析这个表面超声波场的瞬态形貌,分析声波场中包含的内部缺陷信息。实验结果表明:该系统通过对超声波场的分析,可以测量出超声波场的瞬态三维形貌,并且可以有效的检测出50μm的内部缺陷。

基于迈克耳孙干涉仪的非相干数字全息显微成像

采用基于迈克耳孙干涉仪的非相干数字全息显微成像系统能够得到物体在非相干光照明下的全息图。对基于迈克耳孙干涉仪的非相干数字全息显微成像系统进行了理论和实验研究。利用标量衍射理论计算了该系统在记录过程中的点扩展函数,获得了系统横向放大率及重建距离的具体表达式。搭建了基于迈克耳孙干涉仪的非相干数字全息显微成像系统的实验光路,利用CCD记录全息图,用广义相移数字全息干涉术去除孪生像与零级像,并用角谱算法得到了清晰的重建像。实现了分辨率板和洋葱表皮细胞等样品的非相干全息显微成像,验证了该系统的可行性。分辨率板的成像实验表明,该系统的横向分辨率可达512lp/mm。微米洁面刷软毛的成像实验表明,该系统具有呈现物体三维结构的特性。