提出了两种光瞳在光学扫描全息系统中实现边缘提取的方法,基于双光瞳外差检测来获取物体的全息信息。首先,采用LG光束-轴锥镜光瞳和小孔滤波器作为两个光瞳构建复合光场,并对物体进行扫描,提取边缘信息;其次,在小孔滤波器不变的情况下,采用幂函数分布的振幅型光瞳作为另一种光瞳,完成边缘信息的提取。计算机仿真实验结果表明,使用本文所述的两种光瞳相比使用环形光瞳时实现的边缘提取质量均有提升,且无须进行数字图像处理,简化了实验步骤。

光学成像技术极大地拓展了人类的视觉极限,提高了人们观察和理解现实世界的能力。越多地获得目标的光学信息,对其的认识越充分。数字全息术是一种可以将样本的三维信息以二维全息图的形式编码记录下来的一种成像技术。通过获得由携带物体信息的物光波和参考光波叠加产生的干涉图案,可以以数字化的方式实现多种重建模态,例如图像恢复、相位成像和切片成像等。光学扫描全息术是一种独特的数字全息成像技术,通过主动式二维化扫描对三维物体进行成像,其完整的波前信息可以被单像素探测器记录,并基于光外差检测进行信号解调,从而恢复出复数全息图。对光学扫描全息术的最新进展进行介绍。首先,基于双光瞳成像系统,通过特殊的硬件和算法设计,提高光学成像系统的性能,如提高空间分辨率、缩短扫描时间。其次,基于计算成像原理,通过改进和优化全息像重建算法,实现高质量的图像恢复,主要涉及切片成像和三维成像等重建模态。第三,介绍光学扫描全息术的其他研究方向,并讨论该领域未来可能的发展方向。

为了消除光学扫描全息系统重建图像的离焦噪声，采用了随机相位编码和连通域标记方法。该方法利用了基于随机相位编码的光学扫描全息方法在聚焦层图像上的离焦噪声比传统的光学扫描全息方法更为分散的特点。只要选取合适的阈值，基于随机相位编码的光学扫描全息重建图像的离焦噪声就可以消除，而传统的光学扫描全息仍然存在较多的离焦噪声。实验结果表明该方法可以得到更好的重建图像效果。

提出一种在光学扫描全息系统中采用环形光瞳滤波器来实现选择性边缘提取的方法, 基于双光瞳外差扫描技术使用单个二维光学扫描来获取三维物体的全息信息。首先, 采用小孔滤波器和环形光瞳滤波器作为两个光瞳来形成复合光场对物体进行扫描, 以提取物体的边缘信息; 其次, 通过移动并破坏环形光瞳滤波器的对称性, 并选择两个完全相同的环形光瞳滤波器来实现对物体各向异性的选择性提取。计算机仿真实验的结果表明, 通过在光学扫描全息系统中使用环形光瞳滤波器, 可以很好地实现各向同性与各向异性的选择性边缘提取。

为了改善光学扫描全息系统聚焦层重建图像的效果, 采用随机相位光瞳替代传统针孔光瞳的方法, 进行了理论的分析和实验验证, 分别得到了传统光学扫描全息和基于随机相位编码的光学扫描全息系统下重建图像和原图像之间的信噪比、相关系数以及频谱分布比较结果。结果表明, 在实验条件相同的情况下, 基于随机相位编码的光学扫描全息系统重建的图像具有更高的信噪比和相关系数, 且其图像频谱和原图像频谱曲线的变化趋势更相似, 因而更接近于原图像。

为了实现对上转换荧光试纸条的定量检测, 研制了便携式上转换荧光试纸条检测仪, 并通过实际测试验证了仪器的主要性能。首先, 介绍了上转换荧光技术以及上转换荧光试纸条的测试原理, 描述了以光学扫描检测系统和电路系统为核心的便携式荧光试纸条检测仪的设计方案, 能够将试纸条的荧光信号转变为电信号并进行处理; 然后, 基于设计方案研制了检测仪样机, 并对实际检测试纸条采集到的信号进行优化; 最后, 对检测仪的性能进行了测试。测试结果表明: 仪器稳定、重复性好, 样本检测标准差小于0.004; 线性响应特性良好, 拟合出的浓度标准曲线决定系数为0.996 3。该检测仪结构精巧、功耗低、性能良好, 很好地满足了上转换荧光试纸条定量检测的需求。

基于微机电系统工艺, 设计并制作了一种电磁驱动大尺寸的二维扫描振镜.分析了两种不同的电磁驱动方式产生的力的大小, 选择驱动力较大的双极子方式作为驱动.运用有限元法模拟了器件的谐振频率静态及动态响应, 仿真结果与实际测得的结果一致.描述了振镜的工艺流程及封装方式, 并制备了振镜.实验测得振镜在120 mA静态电流驱动下, 慢轴和快轴分别能达到的最大转角为±4.5°及±5°, 慢轴及快轴的谐振频率分别为348 Hz及660 Hz, 并得到在此谐振频率下的李萨如图形.将器件用于激光成像系统之中, 使得散斑对比度下降到4.2%, 激光成像质量得到很大提升.

为了测量相位物体的相位分布,提出了一种基于光学扫描全息系统测量相位物体相位分布的方法。该方法在原理上与以往传统测量方法有很大不同, 它采用相干模式下的光学扫描全息系统,利用一个小孔探测器记录与相位物体的相位信息相关的数据,随后采用反演重建算法得到被测物体的相位分布。此外,对该方法的工作原理及重建效果进行了理论分析和模拟仿真,并分析了在记录和重建阶段所采用的小孔是非理想状态情况下,小孔对物体相位分布测量结果的影响。结果表明, 用该方法测量相位物体的相位分布是可行的, 并且可以获得很好的效果。

通过双探针近场光学扫描显微镜在银纳米线上实现近场激发和近场收集表面等离子体，用一个探针在银纳米线的一端近场激发表面等离子体，另一个探针近场探测银纳米线上的表面等离子体强度分布，得到强度分布图.强度分布图显示表面等离子体在银纳米线的一端被有效激发并且有一部分表面等离子体沿着银纳米线和基底的界面传播到了另一端.用有限元法对银纳米线内的传播模式进行数值模拟，结果显示银纳米线内存在两种表面等离子体传播模式，分别为基模和高阶模.沿着银纳米线和基底介质之间传输的基模表面等离子体由于传输环境稳定，散射损耗小，实际传输长度接近模式传输长度，达10 μm以上;而高阶模表面等离子体由于部分裸露在空气中受表面缺陷散射的影响，散射损耗大，实际传输长度远小于模式传输长度.研究表明: 以能量高度束缚的基模表面等离子体作为载体，不仅可以实现低损耗传输，还可以减小集成器件之间的信号串扰，有效提高信息传输的安全性，在集成光学中具有重要应用.

为了降低对随机相位板的精度要求，提出在光学扫描全息系统中采用二值化相位光瞳对多层3维物体进行全息成像的方法，进行了相关的理论分析和数值模拟。结果表明，与采用连续随机相位光瞳函数的情况类似，采用二值化相位光瞳也能在图像重构时有效地消除模糊的离焦层图像；同时，重构图像的质量与采用的二值随机相位光瞳的随机度有关，当随机度不太低时，可得到质量能接受的重构图像。这一结果对于降低实验条件的要求是有帮助的。