根据薄膜结构振动理论，采用人造耳膜材料作为样本，针对耳膜病态中的穿孔、划伤和钙化对一阶振动模态的影响进行了有限元分析，并设计了一种数字全息与内窥镜技术相结合的振动形变检测光路系统；采用空间载波相位提取方法检测耳膜的振动模态，并进行了相应的实验验证。结果表明：穿孔、划伤和钙化对耳膜的一阶振动模态具有一定影响，振幅在穿孔和划伤情况下会增大，并会随着钙化层厚度增大而减小，同时还会随病态位置变化而有所不同。本研究为真实耳膜病态的原位检测提供了参考，对于听力方面的医疗诊断具有重要的参考意义。
医用光学 数字全息技术 振动模态 有限元仿真 形变检测 中国激光
2023, 50(15): 1507204
1 河北工程大学数理科学与工程学院，河北 邯郸 056038
2 河北省计算光学成像与光电检测技术创新中心，河北 邯郸 056038
提出了一种基于分束棱镜分光的共路离轴数字全息光路系统，该系统不仅能任意调节物光光强与参考光光强的比值，还可以灵活调节全息图频谱三项分离的距离，解决了传统针孔滤波共路离轴数字全息系统记录的全息图条纹对比度不高和记录器件的空间带宽积利用率不充分的问题。在理论和实验上分析了系统调试条纹对比度和频谱三项距离的可行性，介绍了相应的调节方法，并通过实验分析验证了该系统的成像性能。
全息 数字全息技术 显微术 定量相位测量 频谱滤波 中国激光
2022, 49(13): 1309002
1 南京航空航天大学 金城学院 实验中心，江苏 南京 211156
2 浙江科技学院 理学院，浙江 杭州 310023
传统的迈克尔逊干涉仪只能简单地呈现光的干涉图像，并不能生动体现光的波动特性及其形貌特征，且测量过程繁琐。针对这些问题，提出了一种基于数字全息技术的新型迈克尔逊干涉仪实验装置。该装置采用2个CCD相机代替传统迈克尔逊干涉仪中的平面反射镜，并引入与球面光相干的平面参考光与球面光发生干涉，利用数字全息技术直接获取2个CCD记录面上的球面光复振幅信息，然后通过最小二乘拟合获取球面波参数，并对球面光复振幅进行解调得到居中后的球面光复振幅，最后通过数字干涉的方法实现两球面光的干涉。实验结果表明，该装置能实时生动地显示入射球面光的三维图像和两球面光的干涉图像，同时根据拟合得到的参数能便捷地测量透明等厚介质的折射率，实验中测量了3种不同材料的折射率，其误差均能控制在±5%以内，有较高的测量精度。
信息光学 迈克尔逊干涉仪 数字全息技术 最小二乘法 相位掩膜 折射率 information optics Michelson interferometer digital holography technique least square method phase mask refractive index
1 暨南大学 光电工程系, 广东 广州 510632
2 暨南大学 光电信息与传感技术广东普通高校重点实验室, 广东 广州 510632
测量侧边抛磨光纤(side-polished fiber, SPF)的包层剩余厚度对其应用有重要的指导意义, 现今的测量方法均有所不足, 现提出一种基于数字全息技术的测量方法。利用单模光纤纤芯折射率比包层折射率高的特点, 基于数字全息成像技术, 通过角谱传播法对二维全息图进行相位重构, 并通过精确最小二乘法解相位包裹, 得到侧边抛磨光纤的相位分布图。根据重构的相位分布图, 进一步运用相关的边缘提取算法处理得到侧边抛磨光纤包层剩余厚度。实验测量结果与电子扫描电镜(SEM)测量结果相比, 测量相对误差小于0.5%。这种测量方法是一种直接测量方法, 减小了间接测量法中由于光纤不对称以及SPF轮廓边缘衍射所带来的测量误差, 为侧边抛磨光纤包层剩余厚度的无损、在线测量提供了一种新的途径。同时, 此方法还可应用于测量其他特种光纤, 例如光子晶体光纤、微纳光纤等。
相干光学 包层剩余厚度 数字全息技术 侧边抛磨光纤 角谱法 相位分布图 coherence optics cladding thickness digital holography side-polished fiber angular spectrum algorithm phase distribution
利用压缩传感理论中的两步迭代收缩重建算法, 开展单幅同轴全息图重建实验研究, 实现单幅同轴全息图共轭重建像的消除并克服数字全息技术在轴向聚焦平面识别能力的不足。以数字图像和标准分辨率板为记录物体, 比较分析了基于两步迭代收缩算法和菲涅尔近似衍射重建算法的重建质量; 以两根裸光纤为实验样本, 分析了两步迭代收缩重建算法对记录物体轴向不同焦平面的识别能力。实验结果表明两步迭代收缩重建算法可得到清晰度高于68.73%的重建信息, 同时对直径为125 μm的两根光纤在9 mm的轴向间距条件下, 显示出了比全息菲涅尔近似算法更好的聚焦平面识别能力。这一轴向聚焦识别能力有助于数字全息技术应用于功能材料梯度参数或功能涂层光学器件涂层厚度检测。
光学测量 数字全息技术 单幅同轴全息图 两步迭代收缩重建算法 optical measurement digital holography single in-line hologram reconstruction of two-step iterative shrinkage alg
数字全息拼接技术旨在实现较大物体的检测或在同样的测量面积下获得更高的空间分辨力,实现方法是采集被测物体多个子孔径的数字全息图,且保持相邻子孔径之间有一定的重叠区。分别精密再现各个子孔径的数字全息图,然后将各孔径的位相信息进行拼接,以获得全孔径的位相分布。分别处理了反射型分辨力板(子孔径数为2×4)和透射性微透镜阵列(子孔径数为4×4)两个样本的全息图,并给出了消除测量光束和参考光束非等光程所引入的误差的方法。
数字全息技术 位相拼接 误差抑制 digital holography phase stitching error restraining
浙江师范大学 信息光学研究所，浙江 金华 321004
为提高数字全息再现像视角，提出一种基于滤波成像的数字全息技术来实现大视角的三维物体面型测量.利用离轴像面数字全息技术，通过在4F相干图像处理系统的空间频谱面处放置可移动的低通滤波器，使满足CCD分辨率的物光波与参考光波干涉形成全息图，并控制低通滤波及成像区域分别记录不同谱段的子全息图.再现时，首先对子全息图进行数字傅里叶变换，重构对应频谱段，并对频谱段进行拼接形成完整的物光频谱；而后通过数字再现获得大视角的数字全息再现像.利用该方法测量了圆柱形表面(光滑的缝纫针)的三维形貌，并取得了较好的实验结果.
数字全息技术 大视角 4F系统 频谱拼接 Digital holographic technique Large viewing angle 4F system frequency stitching
探讨了菲涅耳近似算法实现数字全息相位再现的误差及抑制技术.理论分析了基于菲涅耳近似算法实现全息相位再现所包含的误差项,计算机模拟了数字离轴全息图的记录和相位再现结果.在此基础上,模拟分析了离焦误差、数字再现光波误差及样本深度对相位再现的影响.针对记录参考光波和光学器件所引入的相位误差及其不定性,提出了利用相位相减全息图处理方法加以消除,并给出了实验结果加以验证.模拟分析结果表明,菲涅耳近似算法误差、离焦误差、数字再现光波倾斜误差、解包裹错误对相位再现结果都有不同程度的影响,相位相减全息图处理方法可以减小再现相位误差至0.4%.对记录过程、再现参数选择和处理方法都进行严格控制或适当选取,可得到高精度的再现结果.
数字全息技术 三维结构测量 菲涅耳近似再现算法 误差分析 误差抑制
