基于數(shù)字全息技術的光學實驗探究

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1、基于數(shù)字全息技術的光學實驗探究摘要：數(shù)字全息技術是一項融合了光學、電學、信息技術學科的綜合性技術，具有傳統(tǒng)光學全息不可超越的優(yōu)點，筆者首先分析了數(shù)字全息技術的記錄和再現(xiàn)原理，其次通過具體的光學實例展示了數(shù)寧全息技術在光學實驗中記錄和再現(xiàn)的應用。關鍵詞：數(shù)字全息光學實驗菲涅爾全息圖中圖分類號:TP391.41；0438.1文獻標識碼：A文章編號：1007-9416(2013)12-0107-011數(shù)字全息技術的基本原理數(shù)字全息技術雖然是新興技術，但仍然秉承了傳統(tǒng)光學全息的理念，整個過程可以分為兩步：第一步，記錄。通過用CCD接受全息圖，再通過

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)。通過計算機語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)是指通過電腦軟件進行模擬光波衍射的再現(xiàn)，具體步驟如下：第一步，通過數(shù)字信息再現(xiàn)物體和參考光波的全息波場；第二步，根據(jù)光學衍射理論，通過電腦軟件進行數(shù)字模擬光波的衍射過程,同時計算再現(xiàn)成像平面的光波場分布情況，就能獲得物體的強度像和相位像。2數(shù)字全息光學實驗實例將數(shù)字全息技術應用丁?光

3、學實驗的主耍目的是幫助學生理解數(shù)字全息技術的記錄和再現(xiàn)的基本過程，通過應用光波衍射理論并通過Matlab編程實現(xiàn)全息圖的再現(xiàn)，掌握新型技術的使用方法。下述通過使用塑料色子和USAF-1951分辨率鑒別板進行數(shù)字全息技術光學實驗實例，展示數(shù)字全息圖的記錄和再現(xiàn)。2.1實驗裝置組成介紹所用光源波長為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BS（消偏振分光棱鏡）合束疊加形成全息圖，最后采用CMOS相機記錄再

4、現(xiàn)。在進行實驗時，物體到相機的距離為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，在進行實驗之前要調(diào)整物光和參考光的強度比。根據(jù)光學理論知識可知兩者強度相同、偏振態(tài)相同時圖像質(zhì)量最佳。實驗時是通過調(diào)整PBS左邊的半波片來實現(xiàn)物光和參考光的強度比，將兩者光線分別照射相機，經(jīng)過相同的曝光時間比較兩者的灰度值來實現(xiàn)兩者強度比的調(diào)整。第二步，通過調(diào)整PBS右邊的半波片來實現(xiàn)偏振態(tài)的調(diào)整，并通過檢偏器來實現(xiàn)兩者偏振態(tài)的一致性。然后，通過旋轉(zhuǎn)分光棱鏡調(diào)整光線的入射角，以保證實像、共轆像及零級像能夠區(qū)分開。實驗時為了提高效率常將全息圖進

5、行傅里葉變換獲得頻譜圖，通過比較上述三者的頻譜位置來調(diào)整夾角。第三步,設置照相機的曝光時間,同時調(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，首先對其進行濾波處理，主要的目的是除去零級像和共軌像，避免對再現(xiàn)像造成的干擾。具體過程為：獲得變換后的全息頻譜圖，將再現(xiàn)實像之外的所有頻譜都去掉，然后將其進行反傅里葉變換，從而得到再現(xiàn)實像的全息圖。第二步，將上述處理后的全息圖，通過數(shù)字處理及菲涅爾衍射，通過算法重構(gòu)物體的再現(xiàn)像。