一種通過一步任意角相移消除數(shù)字全息零級(jí)像的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及數(shù)字全息技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種通過一步任意角相移消除零級(jí)像的 數(shù)字全息方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 英國科學(xué)家伽柏在從事提高電子顯微鏡的分辨本領(lǐng)時(shí)，首次提出了全息術(shù)的設(shè) 想，并在1948年利用水銀燈首次獲得了全息圖及其再現(xiàn)像。全息術(shù)有著信息容量大，再現(xiàn) 像是三維立體性等優(yōu)點(diǎn)，但與此同時(shí)這種同軸全息術(shù)其零級(jí)像與原物場的再現(xiàn)像也同軸， 從而使再現(xiàn)像質(zhì)量下降。為此利斯等人提出了離軸全息克服了零級(jí)像對(duì)再現(xiàn)像的影響，但 離軸全息對(duì)全息圖記錄光路、環(huán)境震動(dòng)及記錄介質(zhì)的要求較高。
[0003] 近年來，隨著計(jì)算機(jī)以及高分辨率CCD的發(fā)展，數(shù)字全息技術(shù)及其應(yīng)用受到廣泛 的關(guān)注。數(shù)字全息是用光電傳感器件（如CCD或CMOS)代替干板記錄全息圖，然后將全息 圖存入計(jì)算機(jī)，用計(jì)算機(jī)模擬光學(xué)衍射過程來實(shí)現(xiàn)被記錄物體的全息再現(xiàn)和處理。數(shù)字全 息與傳統(tǒng)光學(xué)全息相比具有制作成本低，成像速度快，記錄和再現(xiàn)靈活等優(yōu)點(diǎn)。但是與傳統(tǒng) 同軸光學(xué)全息術(shù)類似，同軸數(shù)字全息術(shù)的再現(xiàn)像同樣受到零級(jí)像的影響。
[0004] 同軸數(shù)字全息術(shù)主要采用由Yamaguchi提出的相移技術(shù)來消除再現(xiàn)像中零級(jí)像 的影響，其中常用四步相移全息術(shù)。但是由于空氣、震動(dòng)等影響將會(huì)使相移器在相移之后產(chǎn) 生隨機(jī)誤差，每一步都產(chǎn)生誤差，四步相移將對(duì)結(jié)果產(chǎn)生不利的影響

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明目的是克服傳統(tǒng)相移法中的多步相移且每步相移是固定值的限制，從而避 免了產(chǎn)生較大誤差對(duì)結(jié)果產(chǎn)生不利影響的問題，提出一種通過一步任意角相移消除零級(jí)像 的數(shù)字全息方法。
[0006] 本發(fā)明方法通過一步任意角相移完成多幅全息圖的拍攝從而消除零級(jí)像的影響， 有效地減小了多步固定角相移對(duì)再現(xiàn)像產(chǎn)生的不良影響，同時(shí)減少了實(shí)驗(yàn)步驟，縮短了時(shí) 間，本發(fā)明設(shè)計(jì)出了一種雙參考光實(shí)驗(yàn)光路，通過調(diào)節(jié)微動(dòng)平移臺(tái)同時(shí)改變兩束參考光的 相位，并保持相移量為、2α，并提供了其配套的物光恢復(fù)公式。提出了一種基于該試驗(yàn) 光路的一步任意角相移消零級(jí)方法。
[0007] 本發(fā)明提供的通過一步任意角相移消除數(shù)字全息零級(jí)像的方法，該方法的具體步 驟如下：
[0008] 第1、激光器發(fā)出的光束通過分束鏡將分為兩束，第一束為物光，第二束用于產(chǎn)生 兩路參考光；
[0009] 第2、第二路光經(jīng)過放置在微動(dòng)平移臺(tái)的分束晶體，光束分為相互垂直的兩路，其 中反射的一路經(jīng)一反射鏡后原路返回，記為第一路參考光，透射的一路經(jīng)一組延遲線后照 到分束晶體上，分束晶體被照射的部分涂上了一層反射材料，使光束原路返回形成第二路 參考光；
[0010] 第3、通過微動(dòng)平移臺(tái)移動(dòng)分束晶體，達(dá)到同時(shí)調(diào)節(jié)兩路參考光相位的目的，相位 變化量分別為、2α，調(diào)節(jié)延遲線使兩路參考光到記錄平面的距離相同，且兩路參考光的 傳播方向一致，記兩路參考光的初相位為Pm = = 0，此時(shí)通過遮擋，用C⑶記下兩路 參考光的強(qiáng)度分布圖：
[0011] γ , 2 I 只' ?······?······?·····?··?······?·····?··?······?·····?··?··· (1)
[0012] Il = Aid" ............................................................ (2)
[0013] 其中，'和分別為兩路參考光的振幅；
[0014] 第4、通過遮擋，兩路參考光分別能與物光干涉，得到兩幅全息圖，其中A。是物光的 振幅，，是物光的相位；
[0015] ITi = _Ari + A〇~" + AR\ Ao cos (ρο ................................... (3)
[0016] Ia = Ari2 + Ao1 + 2AriJ〇COS(P〇 ................................... (4)
[0017] 第5、移動(dòng)分束晶體，使兩路參考光產(chǎn)生位相變化，其中第一路參考光的位相變化 為-α，第二路參考光的位相變化為2 α，則物光與兩路參考光之間的位相差分別為和+ ? 和P - 2?，此時(shí)兩路參考光之間，物光與兩路參考光之間能夠形成三幅全息圖：
[0018] 15 - Ari + Ari + 2,^4rij4r2 cos(3iz) ....................................(5)
[0019] Ie = Am2 + Ao2 + 2AmA〇cos((p〇 + a) (6)
[0020] Ii - Ari + Ao + 2j4ru4〇 cos(^?〇 - 2〇f)............................(7)
[0021] 第6、物光的復(fù)振幅表示為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種通過一步任意角相移消除數(shù)字全息零級(jí)像的方法，該方法的具體步驟如下： 第1、激光器發(fā)出的光束通過分束鏡將分為兩束，第一束為物光，第二束用于產(chǎn)生兩路 參考光； 第2、第二束光經(jīng)過放置在微動(dòng)平移臺(tái)的分束晶體，分為相互垂直的兩路，其中反射的 一路經(jīng)一反射鏡后原路返回，記為第一路參考光，透射的一路經(jīng)一組延遲線后照到分束晶 體上，分束晶體被照射的部分涂上了一層反射材料，使光束原路返回形成第二路參考光； 第3、通過微動(dòng)平移臺(tái)移動(dòng)分束晶體，達(dá)到同時(shí)調(diào)節(jié)兩路參考光相位的目的，相位變化 量分別為-a、2a，調(diào)節(jié)延遲線使兩路參考光到記錄平面的距離相同，且兩路參考光的傳播 方向一致，記兩路參考光的初相位為=Pi= 〇，此時(shí)通過遮擋，用（XD記下兩路參考 光的強(qiáng)度分布圖：
其中，為?,和為?2分別為兩路參考光的振幅； 第4、通過遮擋，兩路參考光分別能與物光干涉，得到兩幅全息圖，其中A。是物光的振 幅，P是物光的相位；
第5、移動(dòng)分束晶體，使兩路參考光產(chǎn)生位相變化，其中第一路參考光的位相變化 為-a，第二路參考光的位相變化為2a，則物光與兩路參考光之間的位相差為和+ ?和 ，此時(shí)兩路參考光之間、物光與兩路參考光之間能夠形成三幅全息圖：
第6、物光的復(fù)振幅表示為：
【專利摘要】一種通過一步任意角相移消除數(shù)字全息零級(jí)像的方法。本發(fā)明首次提出了一種聯(lián)動(dòng)共軸雙參考光光路，通過調(diào)整光路中加載在微動(dòng)平移臺(tái)上的分束晶體，能夠在微動(dòng)平移臺(tái)進(jìn)行位移時(shí)，保證兩束參考光的相移量為-α、2α。基于該光路，提出了配套的算法，將現(xiàn)有的相移消零級(jí)數(shù)字全息技術(shù)由多步改進(jìn)為一步相移，并且相移量是任意的，消除了多步相移及微動(dòng)平移臺(tái)移動(dòng)產(chǎn)生的誤差，使相移技術(shù)更加簡便、可操作性更強(qiáng)。
【IPC分類】G03H1-04
【公開號(hào)】CN104808470
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510264340
【發(fā)明人】楊勇, 謝東卓, 趙東亮, 翟宏琛
【申請(qǐng)人】南開大學(xué)
【公開日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2015年5月22日