基于數(shù)字全息技術(shù)的光學(xué)實(shí)驗(yàn)探究

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1、基于數(shù)字全息技術(shù)的光學(xué)實(shí)驗(yàn)探究摘要：數(shù)字全息技術(shù)是一項(xiàng)融合了光學(xué)、電學(xué)、信息技術(shù)學(xué)科的綜合性技術(shù)，具有傳統(tǒng)光學(xué)全息不可超越的優(yōu)點(diǎn)，筆者首先分析了數(shù)字全息技術(shù)的記錄和再現(xiàn)原理，其次通過(guò)具體的光學(xué)實(shí)例展示了數(shù)寧全息技術(shù)在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中記錄和再現(xiàn)的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：數(shù)字全息光學(xué)實(shí)驗(yàn)菲涅爾全息圖中圖分類(lèi)號(hào):TP391.41；0438.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1007-9416(2013)12-0107-011數(shù)字全息技術(shù)的基本原理數(shù)字全息技術(shù)雖然是新興技術(shù)，但仍然秉承了傳統(tǒng)光學(xué)全息的理念，整個(gè)過(guò)程可以分為兩步：第一步，記錄。通過(guò)用CCD接受全息圖，再通過(guò)

2、使用圖像釆集卡將轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息的全息圖存貯到電腦中；第二步，再現(xiàn)。通過(guò)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編程模擬光波得到圖像的再現(xiàn)，為了保證圖像的清晰度，必須進(jìn)行濾波消除衍射像。1.1數(shù)字全息圖的記錄原理數(shù)字全息的記錄和再現(xiàn)原理圖如下圖1所示。1.2數(shù)字全息圖的再現(xiàn)原理數(shù)字全息圖的再現(xiàn)是指通過(guò)電腦軟件進(jìn)行模擬光波衍射的再現(xiàn)，具體步驟如下：第一步，通過(guò)數(shù)字信息再現(xiàn)物體和參考光波的全息波場(chǎng)；第二步，根據(jù)光學(xué)衍射理論，通過(guò)電腦軟件進(jìn)行數(shù)字模擬光波的衍射過(guò)程,同時(shí)計(jì)算再現(xiàn)成像平面的光波場(chǎng)分布情況，就能獲得物體的強(qiáng)度像和相位像。2數(shù)字全息光學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)例將數(shù)字全息技術(shù)應(yīng)用丁?光

3、學(xué)實(shí)驗(yàn)的主耍目的是幫助學(xué)生理解數(shù)字全息技術(shù)的記錄和再現(xiàn)的基本過(guò)程，通過(guò)應(yīng)用光波衍射理論并通過(guò)Matlab編程實(shí)現(xiàn)全息圖的再現(xiàn)，掌握新型技術(shù)的使用方法。下述通過(guò)使用塑料色子和USAF-1951分辨率鑒別板進(jìn)行數(shù)字全息技術(shù)光學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)例，展示數(shù)字全息圖的記錄和再現(xiàn)。2.1實(shí)驗(yàn)裝置組成介紹所用光源波長(zhǎng)為532nm,單縱模固態(tài)激光器輸出功率為20mW,PBS（偏振分光棱鏡）與前后半波片組成分光系統(tǒng)，目的為了產(chǎn)生偏振態(tài)相同的兩束光。一束光作為參考光，另一束光照射到物體作為物光，兩者經(jīng)過(guò)BS（消偏振分光棱鏡）合束疊加形成全息圖，最后采用CMOS相機(jī)記錄再

4、現(xiàn)。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，物體到相機(jī)的距離為500mmo2.2數(shù)字全息圖的記錄第一步，為了保證全息圖的質(zhì)量，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前要調(diào)整物光和參考光的強(qiáng)度比。根據(jù)光學(xué)理論知識(shí)可知兩者強(qiáng)度相同、偏振態(tài)相同時(shí)圖像質(zhì)量最佳。實(shí)驗(yàn)時(shí)是通過(guò)調(diào)整PBS左邊的半波片來(lái)實(shí)現(xiàn)物光和參考光的強(qiáng)度比，將兩者光線分別照射相機(jī)，經(jīng)過(guò)相同的曝光時(shí)間比較兩者的灰度值來(lái)實(shí)現(xiàn)兩者強(qiáng)度比的調(diào)整。第二步，通過(guò)調(diào)整PBS右邊的半波片來(lái)實(shí)現(xiàn)偏振態(tài)的調(diào)整，并通過(guò)檢偏器來(lái)實(shí)現(xiàn)兩者偏振態(tài)的一致性。然后，通過(guò)旋轉(zhuǎn)分光棱鏡調(diào)整光線的入射角，以保證實(shí)像、共轆像及零級(jí)像能夠區(qū)分開(kāi)。實(shí)驗(yàn)時(shí)為了提高效率常將全息圖進(jìn)

5、行傅里葉變換獲得頻譜圖，通過(guò)比較上述三者的頻譜位置來(lái)調(diào)整夾角。第三步,設(shè)置照相機(jī)的曝光時(shí)間,同時(shí)調(diào)整其工作在線性區(qū)域，記錄數(shù)字全息圖。2.3數(shù)字全息圖的再現(xiàn)第一步，為了保證再現(xiàn)圖像的質(zhì)量，首先對(duì)其進(jìn)行濾波處理，主要的目的是除去零級(jí)像和共軌像，避免對(duì)再現(xiàn)像造成的干擾。具體過(guò)程為：獲得變換后的全息頻譜圖，將再現(xiàn)實(shí)像之外的所有頻譜都去掉，然后將其進(jìn)行反傅里葉變換，從而得到再現(xiàn)實(shí)像的全息圖。第二步，將上述處理后的全息圖，通過(guò)數(shù)字處理及菲涅爾衍射，通過(guò)算法重構(gòu)物體的再現(xiàn)像。