数字全息中参考光波面畸变对再现像的影响及消除_论文

维普资讯 http://www.cqvip.com 2O O6年 3月   第2卷 1 第1 期  山 东 师 范 大 学 学 报 ( 然 科 学 版) 自   Junlf hnogN r a U ie i( a r c ne ora o  adn  o l n rt N t a Si c)   S m   v sy ul e   Ma . 0)  r2 ( 6 v 12   o 1 0 . 1 N .  数 字 全 息 中参 考 光 波 面 畸变 对 再 现 像 的影 响及 消 除 *   程 欣  薛冬梅  国承 山   ( 山东师范大学物理与电子科学学院 , 01, 2 04 济南∥第 一作者 2 岁 , , 5 5 男 硕士生 )   摘要 基于波相差理论, 分析了数字全息记录过程中所用参考光可能存在的波面畸变; 以傅里叶变换型数字全息为例, 详细  讨论了具有波面畸变的平面参考光对数字全息记录 与再现的影响 , 提出采用修 正波面 的再 现光消 除参考光 波面畸变 影响 的方  外 法. 理论分析 和模拟结果表 明, 这种方法能有效消除参考光波而畸变带来 的影 响 , 大幅度 提高再现像 的像 质 .   关键词 数字全息 ; 波而畸变 ; 傅立 叶变换 ; 干涉  中图分类号 003.   81 4   .   14 , G br 99年 D. ao 为消除象 差 , 提高 电子显微镜 的分辨率提 出了利 用波的干涉和衍射特性记 录和重 现物波波前 的原理 , 即  全息术原理 , 并因此获得 了 17 9 1年度诺贝尔物理学奖 . 2 纪 6 年 代激光器 出现 以后 , 自 0世 0 光全息术得到 了迅速 的发展 , 为  成 最有效和应用最普遍的一种波前测量方法, 在科学研究、 工程技术的许多领域都得到了成功的应用. 国内许多全息工作者针  对全息术 的特点 , 进行 r许多卓有成效 的研究 n .  】但是 , 传统全息 术涉及化学处理过程 , 在某种程度上 限制 了其应用范 围 .   数字全息术 (it o g py 采用 C D数码相机代替传统 的光学 记录材料记 录全息 图, DgaH l r h) il o a C 并直 接输入计算 机进行数 据处  理和波前信息 的提取 . 由于采用光敏 电子元 件作 记录介质 , 数字全息 图不需要 显影 、 定影等繁 琐的后续处 理 , 因此曝光 时间可  以很 短 , 适合记录运动物体 的全息 图 ; 由于采用计算机 数字再 现 , 要光学元件聚 焦就能方 便 、 活地再现不 同截 面上 的物  不需 灵 波分布 ; 息图以数 据形式存 贮在计算机 中可移植性大 大增强 , 于通 过计算机 编程来 消除 各种 像差 、 全 便 噪声等 因素对再 现像  的影响, 提高再现像的像质; 更为重要的是数字全息可以分别定量地得到被记录物体再现像的振幅和位相信息. 传统全息术  由于采用化学记录方法 , 有时需要 分次记录与再现 , 因此应 用范 围受到很 大 限制 . 基于 以上优点 数字全 息术广 泛应用 于数字  全息显微 ~0三维形貌测量  】图像防伪加密L 、 、 、 9 医学诊断{’ 。   等领域 . 数字全息作为一种 全新 的波面记录与再现手段 , 其数  字化主要体现在记录与再现过程, 然而在全息图被记录之前 , 参考光经过各类光学元件, 如分束镜 、 透镜都会引入波面的相位  畸变 , 从而影响再现像的质量 . 如何 消除参考 光波面畸变带来 的影 响成为众多全息工作者研究 的重 要内容 .   1 波面 畸变  全息术利用参考光 和物光干涉 实现对物光振幅和相位 的 同时 记 录 . 通过 直接 透射或 者表 面反 射从 而携带 物体厚度  物光 或者表 面状况 的信息 , 一般不需通过光学元件 的调 制 , 这里 , 我们认 为物 光没有波 面 畸变 . 光束从 激光器 射出 以后 , 一般 通过  分束、 扩束、 准直等波面调制到达全息记录平面, 因此, 存在一定程度的波面畸变. 我们所指的波面畸变是相对于理想波面而  言, 一般用波相差( ae ot br t n来衡量 , w vfn aeri ) r   ao 具有波面 畸变 的光 波其复振幅 可以表示为  q  , ) ( y epj v ,,} ( y :P , )x la ( ) . / )  () 1  畸 变波 面  其中 , ( y 为畸变波面 复振幅 函数 , ( , 为理 想波面 复振 幅 函数 ,  q , ) P ,, ) k : 2/ m A为波矢 ,  ,,  ( ' 称为波像差 . )   以球面波波面畸变为例 , 图 1中可 以看 出  ( Y 实 际上表示 弯 曲波矢方  从  , ) 相面与理想球面波相 面之问的差异 ,  ,,越大说 明光 波偏离 理想情 况 L  ( ' ) —]  越严重 ; 而且 W  , ) 位置 坐标 的 函数 , 就是 说 , ( Y是 也 随着 不 同 的波 而坐  标, 波像差 W( ' 也是 不同的 .  ,, ) 在一般情况 下, 波像差 可以写 成以下形式  w x Y =a ( + ) l +Y ) +a Y 。   +a  +a Y . 2  ( , ) 0    +a (      2 ( +Y ) 3 4   () 其 ,, 篓 ,为. 系 , 机模拟要 , 常见 畸变波  中 为像散和像场弯a   2是计算 冀 出的几种 差 , 和    标曲系数 焦 数Ⅱ 姜  Ⅱ 要 .     图 I o -   . 。   数 ,   n  图 畸波与想面意  1 变断理波示网 面的零 差干涉图样 . 中, 2a表示在波像差 的定 义式中离焦 系数 a = . / 其余 相差 系数为零 的情况下 的波 面零差 干  其 图 () 。 00 m, 4

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