基于自聚焦透镜的光纤数字全息系统实验研究

在光纤数字全息光路中引入自聚焦透镜,利用其特有的成像特性,作为物光波的中继传输器件,构成一套紧凑型光纤数字无透镜傅里叶变换全息记录系统,以实现对微小物体的全息记录与数值再现.研究结果表明,结合自聚焦透镜和光纤数字全息术的特点,不仅可使光学测试系统紧凑、微型化,而且还可以对一些特殊环境、光线难以直接到达的隐藏区域或封闭系统内部进行测量.

用于微结构几何量测量的数字全息方法

基于光学全息和数字图像处理技术发展起来的数字全息方法,其显著的优越性表现在全视场、无损、非接触,且能得到高分辨率。无透镜傅里叶变换数字全息,最能充分利用CCD的有限带宽,而且允许的最小的记录距离与被记录物体的大小成正比,对于微小物体可以达到很高的分辨率,因此广泛用于微结构几何量的测量。然而,其记录距离受到光学元件物理尺寸的限制,分辨率不能得到很好地提高。应用预放大离轴菲涅耳数字全息,能够更大程度地提高分辨率,达到1m以下的横向分辨率。

无透镜傅里叶变换全息图在欠采样条件下的数值再现分析

在理论分析无透镜傅里叶变换全息图记录的基础上,结合CCD的结构特点,用傅里叶频谱方法具体研究了无透镜傅里叶变换全息图在欠采样条件下的再现问题.指出在无透镜傅里叶变换全息术中,对有限尺寸物体而言,在记录过程不满足申农(Shannon)采样定理的条件下,仍能完整再现出物体的像.同时对再现像的变化特点进行了理论说明.所得的实验结果与理论分析一致.

离轴无透镜傅里叶变换数字全息的分辨率分析

基于离轴无透镜傅里叶变换数字全息的原理,分析了影响离轴无透镜傅里叶变换数字全息分辨率的两个重要因素,一是物的大小和记录距离,二是参考点光源的大小.指出在满足三像分离与采样定理的条件下,恰当选择成像区域、记录距离和参考点光源尺度,可提高成像分辨率.在此基础上分别使用线度为2μm、6.5μm和15μm的参考点光源,对USAF1951分辨率板中心的1.0×1.0mm2和1.5×1.5mm2的成像区域,在不同记录距离进行了相应的实验,获得了与理论分析相符的结果,证明了理论分析的正确性.

无透镜傅里叶变换数字全息的频谱和记录能力分析

从空间频率的定义出发,对无透镜傅里叶变换数字全息图相干场表达式中的4个部分进行详细分析,结合采样和再现分离条件,推导出了同时满足这2个条件时,记录物体及参考点源与CCD之间的最小记录距离,指出该最小距离与物体尺寸及CCD像素尺寸有关,并进行了计算机模拟验证.研究结果表明:本文推导出的最小记录距离与以往文献中的最小记录距离相比,更为精确.

反射式离轴无透镜傅里叶变换数字全息实验初探

实验研究中,设计了反射式离轴无透镜傅里叶变换实验光路图,并成功进行了记录和再现,记录并分析了实验要点。

无透镜傅里叶变换数字全息图再现像质的影响因素分析

依据相干成像理论,从分析数字全息系统点扩散函数入手,研究无透镜傅里叶变换数字全息系统中影响再现像像质的因素。主要分析了对一给定的 CCD 和记录波长,记录距离对系统点扩散函数的影响,进而分析了对再现像像质的影响,得出了在满足抽样定理的条件下,应尽量使记录物体靠近 CCD,并给出了最小允许的记录距离数学表达式。计算机模拟结果证明了理论分析的正确性.

从“变”的观点出发,提高大学物理教学水平

从“变”的观点出发，提高大学物理教学水平黄宏春（物理系）１引言随着时间的推移，学生所要学的知识将越来越多，但提供给教师的授课时间愈来愈少。特别是对于某些课程，如力学，一开始就要用到矢量代数和微积分，这给一年级大学生带来很大困难。由于大学物理与中学物理...

载流圆柱导体上电荷分布的教学探讨

本文以载有稳恒电流的圆柱形金属导体为研究对象，分别讨论导体内部和导体表面的电荷分布，并从教学的角度分析产生电荷的原因．

师专物理教学法改革的初步研究──“一少三多”综合教学法

本文介绍了笔者近几年来在师专物理教学实践中总结出的“一少三多”综合教学法的基本内容，以及试验的结果，说明了这种教学法是一种深受学生欢迎，且在教学实践中有明显好的教学效果的教学方法。

数字全息显微系统的成像分辨率分析

根据成像理论和全息系统的点扩散函数,研究了数字全息显微系统的成像分辨率,给出了无预放大和有预放大情况下成像分辨率的表达式,指出了只有当CCD的成像分辨率等于或高于显微物镜(MO)的成像分辨率时,预放大数字全息系统的成像分辨率才取决于显微物镜的数值孔径(NA);反之,系统的成像分辨率则取决于CCD的数值孔径。采用无透镜傅里叶变换全息记录光路,对美国空军分辨率测试板进行了实验研究,结果表明再现像在水平和垂直方向的极限分辨率分别为3.91μm和4.38μm,与理论分析相吻合。对条纹物体进行了全息图的模拟记录和再现,结果与理论分析相一致。

基于数字全息显微成像的微光学元件三维面形检测

针对微光学元件的三维面形检测,提出了利用数字全息显微(DHM)方法实现全视场、非接触式和非破坏性的快速三维定量相衬成像。首先构建了无透镜傅里叶变换数字全息装置,通过对获取的全息图进行单次快速傅里叶逆变换实现数值再现,然后采用两步相位相减法校正相位畸变,利用最小二乘法获得解包裹相位图,进而给出测试样本的面形信息。实验中,对微透镜阵列进行了形貌检测,得到其口径和浮雕深度分别为1.595mm和2.424μm,这与采用白光干涉仪获得的结果具有较好的一致性,表明无透镜傅里叶变换数字全息显微术应用于微光学元件面形成像是可行和有效的。

无透镜傅里叶变换全息图数值再现中的图像处理

针对无透镜傅里叶变换全息图数值再现过程的特点 ,提出了一套不同于以往的削弱或消除全息图 0级衍射和孪生像的数字图像处理算法。该算法分为三步。首先 ,对所拍摄的数字全息图通过高通滤波实现衬比度增强预处理 ,以提高全息图的衍射效率并消除再现图像的 0级衍射斑 ;其次 ,对再现图像进行带通及V型滤波 ,以降低背景噪声并使再现视场均匀 ;最后 ,对所得到的再现像进行平滑处理 ,通过小波滤噪和中值滤波进一步提高再现像的信噪比。实验结果表明 ,该方法只需记录一幅数字全息图 ,通过简单的数字图像处理 ,便可明显改善图像质量 ,尤其适用于无透镜傅里叶变换全息图的数值再现 ,并且更加实用化。

数字无透镜傅里叶变换全息术中非傍轴及离焦像差的校正

对数字无透镜傅里叶变换全息图直接采用逆傅里叶变换进行物场的数值重建时,需要满足两个条件:第一,全息图的记录过程必须满足傍轴近似条件,否则再现过程中会产生非傍轴像差;第二,记录全息图时物平面与参考点光源到全息图记录平面的距离必须相等,否则再现过程中会产生离焦像差。理论分析了非傍轴及离焦记录条件下数字无透镜傅里叶变换全息图的灰度分布特点,并提出了相应的非傍轴及离焦像差的数值校正方法。根据实际的非傍轴或离焦记录情况,分别给所记录的数字全息图灰度分布矩阵乘以适当的非傍轴或离焦校正因子,以消除灰度矩阵中非傍轴或离焦因素的影响,然后再对校正后的全息图灰度矩阵做逆傅里叶变换处理,即可得到准确的数字再现像。实验结果表明,该数值重建方法能够有效地消除无透镜傅里叶变换全息术中数字再现像的非傍轴像差及离焦像差,提高再现像的质量。

合成孔径数字无透镜傅里叶变换全息图的分幅再现

在对合成孔径数字全息图通过分幅数值重建的过程中,数值重建平面中心的改变将会影响子全息图再现像的位置及相位分布,进而会对最终得到的合成数值再现像的质量产生不利影响。针对合成孔径数字无透镜傅里叶变换全息图,在理论分析的基础上,提出了相应的分幅再现算法。根据相应子全息图在合成孔径全息图平面上的位置,给各分幅数值再现像分别乘以相应的相位修正因子后再进行叠加,可得到准确的合成数值再现像。以采用线阵CCD推扫获得的大幅面数字无透镜傅里叶变换全息图为例,按照所述方法进行了分幅数值重建实验,获得了高质量的准确合成数值再现像。实验结果与理论分析一致。

相干性对X光全息图分辨率的影响

分析计算了Ｘ光束的相干性对Ｘ光全息图分辨率的影响．结论是，Ｘ光无透镜傅里叶交换全息术所要求的相干长度和分辨率与样品尺寸成二次线型关系；Ｘ同轴全息术所要求的相干长度和分辨率的平方以及样品到全息图的距离成正比．

数字全息显微中常见重建算法比较

基于理论分析和实验验证相结合的方法,对数字全息显微术中常见的三种重建算法即菲涅耳变换算法、角谱算法和卷积算法做了比较研究。结果表明:利用菲涅耳变换算法对离轴无透镜傅里叶变换数字全息进行重建时,无重建距离的限制;采用卷积重建法只能在最佳再现距离附近一个非常小的范围内才能获得高分辨率再现像;而采用角谱重建法在略小于最佳再现距离及大于最佳再现距离较大范围内重建,均能获得高分辨率的再现像。角谱重建法总体上优于卷积重建法。菲涅耳变换重建法简单、快捷,是优化的重建算法。

X光全息术的记录方式对其分辨率的影响

本文从分析X光全息图的两种具体的记录方式入手,考虑记录介质的点扩散函数和全息图的尺寸在不同的记录方式中,对X光全息图的分辨率的影响,结论是,在完全相干光的条件下,X光无透镜傅里叶变换全息图的最小分辨距离不可能小于记录时用的X光聚束器的焦斑或滤波小孔的半径,而X光同轴全息图不可能获得比记录介质的截止频率更高的分辨率.

无透镜傅里叶变换显微数字全息成像系统的焦深

基于透镜相干光学成像系统的斯特列尔(Strehl)判据,对无透镜傅里叶变换显微数字全息成像系统的焦深进行了推导,得到了参考点源对称偏置和非对称偏置两种情况下的焦深表达式.结果表明,无透镜傅里叶变换显微数字全息成像系统的焦深决定因素与透镜相干成像系统的焦深决定因素不同,其焦深不仅与照明光源的波长,成像系统的孔径及记录距离有关,还与参考光源的配置有关.计算机模拟和实验结果均证明了理论分析的正确性.

无透镜傅里叶变换型全息瞄准具研究

基于无透镜傅里叶变换全息术制作了一种新型激光全息瞄准具。瞄准具的核心部件是由一块无透镜傅里叶变换位相全息图和一块全息光束变换器组成的全息光学元件。其突出优点是大视场,大出瞳距离,适合双眼瞄准。此外,瞄准线为明亮的虚像,不会暴露目标,结构简单,对射击近距离运动目标效果突出。介绍了全息瞄准具组件的原理和制作方法,并对其性能进行了分析。