提出一种手动旋转双散射片的散斑噪声抑制方法，以一动一静的工作模式获得多幅独立的散斑场，通过多幅再现像叠加实现散斑的抑制。通过理论分析一动一静双散射片和单散射片的时间相关函数，证明一动一静双散射片的去相关速率明显高于单散射片，具有更好的散斑抑制效果。实验上分别进行了不同目数单散射片和双散射片、相同目数单散射片和双散射片之间的对比研究。从散斑对比度结果可以看出，散射片目数越多，再现像叠加数量越多，散斑抑制效果越好，并且双散射片的散斑抑制效果要优于单散射片。以相位光栅为样本，采用一动一静双散射片方式验证了所提方法的可行性，该方法获得了更好的成像效果。

为了研究云滴谱的离散度与云微物理参量之间的相关性,提出了基于现场可编程门阵列的短脉冲调制激光、高分辨率显微光学系统和同轴数字全息干涉术相融合的观测技术,该技术探测云滴粒子的最小尺寸为2 μm,还可以获得完整的云滴谱谱宽数据。在膨胀云室中连续三天的不同气溶胶数浓度下,开展了生消过程中云滴粒子的三维位置与直径的观测,利用观测结果计算了云微物理参量。进一步分析了云滴谱的离散度与云微物理参量在生成与消散过程中的正相关关系。通过比对不同气溶胶数浓度条件下云滴谱离散度的分布情况,得到了随着云滴数浓度的增多,离散度的取值范围会逐渐减小,且离散度相对拟合线的离散性降低的结论。

光子晶体是由介电材料周期排列构成的人工微结构,在集成光电子学、微纳光子学等领域具有广阔的应用前景。本文对多光束全息干涉法制作复式光子晶体进行了理论和数值研究,根据多光束干涉原理给出了一种复式光子晶体的光束配置,并编写了MATLAB仿真程序,仿真结果与理论预测符合得很好。在此基础上,研究了单束、两束、三束以及四束光的不同偏振组合对复式光子晶体元胞的影响规律。研究结果表明,光束偏振组合对元胞的影响十分显著,在不同的偏振组合条件下可以获得双水滴状、双圆形等各种元胞形状;当所有光束同为线偏振时,复式光子晶体具有最佳的对比度。此外,本文还探讨了入射光初相位的变化对复式光子晶体元胞的影响。研究结果对于设计具有各种元胞形状的复式光子晶体具有指导意义,并可用于物理实验教学。

传统空间载波型数字散斑干涉技术(SC-DSPI)由于光路结构的限制,视场角很小,导致单次测量面积有限。提出一种大视角SC-DSPI光路,在传统SC-DSPI光路基础上增加4F光学系统进行图像传递,使得光路能够应用短焦镜头进行成像,以扩大测量视场角,从而实现大视场测量。实验结果表明,当测量距离为310 mm时,所提大视场SC-DSPI系统能够实现直径为180 mm物体的全场变形测量,且所得到的相位图质量高,测量效果良好。

为了实现对超声场的非接触全场测量和成像, 提出了基于数字全息干涉的动态超声场的测量和成像方法。对超声场的测量进行理论分析, 研究了基于数字全息干涉技术的动态声场测量原理。同时, 针对不同时刻的动态声场, 研究了主要的测量流程和数据分析过程。在此基础上设计了基于脉冲激光器的反射式数字全息显微成像系统, 其中包括光学检测子系统、超声子系统和同步控制子系统。实验结果表明, 对于动态超声场, 可以在一个时间序列中, 对不同时刻的超声场进行测量和成像。同时, 文中设计了微缺陷试样, 利用动态超声场测量技术对微缺陷进行检测。实验结果表明, 文中所研究的动态声场测量方法和系统可以有效地识别出试件中微小的内部缺陷。

基于热弯玻璃的圆锥近似Wolter-I型X射线聚焦望远镜采用在凸柱面镜模具上热弯超薄玻璃的反射镜片制作方式, 柱面镜低频面形误差和中频波纹度是影响望远镜聚焦性能的主要因素, 因此高精度快速检测凹凸柱面镜中低频表面误差是研制中的关键技术。传统的柱面样板法无法检测超薄镜片, 且只能检测对应样板半径的面形, 检测效率低, 无法满足要求。采用基于计算全息的零位补偿干涉检测法和激光扫描两种方法, 对超光滑凸柱面模具和超薄凹柱面镜片进行快速定量检测, 计算了两种检测方法的功率谱密度, 通过表面的斜率误差拟合得到点扩散函数曲线和半功率直径。结果表明: 两种方法都能够快速定量表征中低频表面误差对X射线望远镜角分辨率的影响, 为提高反射镜制作精度和改善X射线望远镜聚焦性能提供了技术支撑。

结合正弦/余弦(sin/cos)滤波技术提出了依据散斑相位条纹图的条纹方向自动选取滤波窗口大小的自适应滤波法。通过计算散斑包裹相位条纹图的条纹方向,依据相位条纹方向自动选择合适的滤波窗口,对散斑包裹相位图的sin和cos变换图同时进行自适应均值滤波,再通过四象限反正切算法得到包裹相位条纹图。实验结果表明,该滤波法能有效保护条纹相位跳变信息,对于条纹密度变化较大且形状复杂的散斑包裹相位图,仍能进行有效的条纹滤波处理,滤波后的相位条纹图更逼近于原始条纹走向。

近年来,三维(3D)成像技术因其逼真的观感而广受关注,随之而来的3D图像的安全问题也逐渐被重视。由于3D图像的数据量非常庞大,导致数据传输处理速度缓慢,因此如何快速并安全地传输处理3D图像成为了首要的问题。提出了一种凭借全光学手段实现压缩光学图像隐藏技术,利用光学技术的并行性以及压缩感知理论大大减少了采集时间和采集数据量,为未来实现3D图像安全传输提供可能。首先通过使用改进的马赫-曾德尔干涉仪将秘密图像嵌入到宿主图像中实现图像隐藏,再利用单像素相机实现全息压缩成像,将隐藏图像的采集数据压缩到更小。在接收端,通过压缩感知理论和指定的全息重建算法,很好地恢复了秘密图像。仿真和初步实验结果表明,使用全光学手段并应用压缩感知理论能够大大减少全息图数据采集量,证明了本方案可安全高效地在全光网络中实现光学图像传输。

采用基于迈克耳孙干涉仪的非相干数字全息显微成像系统能够得到物体在非相干光照明下的全息图。对基于迈克耳孙干涉仪的非相干数字全息显微成像系统进行了理论和实验研究。利用标量衍射理论计算了该系统在记录过程中的点扩展函数，获得了系统横向放大率及重建距离的具体表达式。搭建了基于迈克耳孙干涉仪的非相干数字全息显微成像系统的实验光路，利用CCD记录全息图，用广义相移数字全息干涉术去除孪生像与零级像，并用角谱算法得到了清晰的重建像。实现了分辨率板和洋葱表皮细胞等样品的非相干全息显微成像，验证了该系统的可行性。分辨率板的成像实验表明，该系统的横向分辨率可达512 lp/mm。微米洁面刷软毛的成像实验表明，该系统具有呈现物体三维结构的特性。