作者单位
摘要
1 上海大学机电工程与自动化学院,上海 200444
2 新型显示技术及应用集成教育部重点实验室,上海 200072
深度分割复用(DDM)是一种常用的生成彩色纯相位全息图的方法,在重建单个彩色图像时能够取得良好的效果,但是在重建多平面彩色图像时,会不可避免地出现再现质量差和串扰的现象。提出一种基于时分复用生成多平面彩色纯相位全息图的迭代方法,该方法基于Gerchberg-Saxton(GS)算法,在记录全息图时,对每个通道平面施加幅度约束,重复此过程,彩色图像的红(R)、绿(G)和蓝色(B)通道信息被分别记录在三个纯相位全息图中。在再现时,RGB三色通道在相同的距离处重合,重建出目标彩色图像。展示了1幅、3幅和5幅彩色图像的重建结果,与DDM方法相比,所提方法明显提高了重建彩色图像的质量水平,有效避免了不同通道平面之间的串扰。数值模拟和光电再现均证明了所提方法的有效性。
深度分割复用 纯相位全息 Gerchberg-Saxton算法 时分复用 depth-division multiplexing phase-only holograms Gerchberg-Saxon algorithm time-division multiplexing 
光学学报
2024, 44(3): 0309001
作者单位
摘要
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
2 中国科学院大学,北京 100049
数字全息显微镜(DHM)可以对生物样本的复杂波前进行数值重建,但是物体波前存在二次相位畸变和高阶像差,使得成像物体存在一定的相位像差。基于此,提出一种基于径向基神经网络(RBF)的相位畸变补偿算法。使用RBF网络构建非线性函数,最小化损失函数来估算物体的实际相位,损失函数考虑了全息面和RBF网络的输出。在仿真中以原模型为基准计算全局的均方误差,所提算法的均方误差为0.0374,主成分分析法(PCA)的为0.0470,频谱质心法(SCM)的为0.3303。搭建DHM系统用于HL60细胞的成像幅度和相位对比度观察,结果显示,所提算法能够更好地消除载波频率和相位畸变。所提算法无需了解光学参数,且可以通过调整采样点数量控制计算时间和插值精度,在弱散射物体或微纳结构三维形态测量中具有潜在的应用前景。
数字全息 相位恢复 波前误差 径向基神经网络 digital holography phase aberration compensation wavefront error radial basis function neural network 
激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0411002
于磊 1,*汪涛 1,2林静 3
作者单位
摘要
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所,安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学研究生院科学岛分院,安徽 合肥 230026
3 合肥师范学院化学与制药工程学院,安徽 合肥 230601
植被日光诱导叶绿素荧光是一种可以表征植被光合生产力的重要衡量指标。为了实现对植被日光诱导叶绿素荧光的广域精准探测,设计并研制了一种叶绿素荧光高光谱成像探测仪。该成像探测仪使用了基于棱镜-体相位全息透射光栅的全透射式光学系统,在高数值孔径(0.25)的基础上实现了高光学性能:可在20°视场和670~780 nm(可扩展至650~800 nm)工作波段实现1 mrad的空间角分辨率、0.3 nm的光谱分辨率和优于100的信噪比。由系统设计结果、样机测试结果和应用数据分析结果可知,样机完全满足设计要求。本仪器可为农林监测和碳循环观测提供重要的科学数据,并可作为陆地植被光合作用中有效的新型观测手段。
植被观测 日光诱导叶绿素荧光 高光谱成像 体相位全息透射光栅 vegetation observation solar-induced chlorophyll fluorescence hyper-spectral imaging volume phase holographic transmission grating 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211016
作者单位
摘要
1 清华大学深圳国际研究生院,广东 深圳 518055
2 西北工业大学物理科学与技术学院,陕西 西安 710072
3 西北工业大学深圳研究院,广东 深圳 518063
在数字全息粒子场成像中,粒子衍射的孔径角很小,重构时具有很长的焦深,造成轴向定位精度远低于横向定位精度。增大照明波长,相当于增大粒子孔径角,因此可得到更高的轴向定位精度。采用红外相干光源照明粒子场,在不提升算法和系统复杂度的前提下提升数字全息粒子场重构的轴向定位精度。从理论上分析数字全息粒子场重构中焦深与轴向定位精度的关系,并分别仿真分析绿光、红光及红外光照明时的粒子场全息重构,分别开展了基于这3种光源的聚苯乙烯微球粒子场全息成像实验。仿真和实验结果研究表明,相比红光,红外光源使焦深减小了约19%,而相比绿光,焦深减小了约39%。增加波长可以减弱离焦像的层间干扰,从而提高了轴向定位精度。
数字全息 粒子场 红外光 轴向定位精度 digital holography particle field infrared light axial positioning accuracy 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211022
付星 1,2,*†石子健 1,2†常河彬 3柳强 1,2闫兴鹏 3,**
作者单位
摘要
1 清华大学精密仪器系,激光与光子技术研究所,北京 100084
2 时空信息精密感知技术全国重点实验室,北京 100084
3 陆军装甲兵学院信息通信系,北京 100072
全息体视图可利用光学打印、计算机生成方法获得,具有制作简单、视觉效果真实等特点,有望应用在大幅面全息显示、增强现实(AR)和虚拟现实(VR)等领域中。介绍全息体视图光学打印技术的写入方法的发展和打印装置的更新,以及计算全息体视图中计算方法的迭代和计算速度的提升,讨论了当前面临的挑战,并对全息体视图的未来发展进行了展望。
三维显示 全息体视图 打印技术 计算方法 three-dimensional display holographic stereogram printing technology computational method 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211006
作者单位
摘要
浙江大学极端光学技术与仪器全国重点实验室,光电科学与工程学院,先进光子学研究中心,嘉兴研究院智能光子研究中心,浙江大学杭州国际科创中心,浙江 杭州 310027
作为一种二维形式的超构材料,超构表面允许以前所未有的自由度对光的振幅、相位、偏振等维度进行灵活高效的调控,有望突破传统光学的限制,实现低成本、高性能、超轻超薄、功能新颖的新型光学元件,近年来引起了学术界和产业界越来越浓厚的研究兴趣。从物理机理、相位调控到正向设计方法,系统回顾了超构表面的设计原理。介绍了这些机理如何用于实现丰富的应用,包括功能复用、宽带宽、大视场、多层级联、非局域超构表面等,涵盖了最主要和最新的发展方向。最后,讨论了超构表面在走向实用化的道路上所面临的器件设计和加工制造上的挑战,并对领域未来的发展进行展望。
材料 超构表面 超构透镜 成像 光学全息 复用 消色差成像 materials metasurface metalens imaging optical holography multiplexing achromatic imaging 
中国激光
2024, 51(1): 0103001
作者单位
摘要
中国计量大学光学与电子科技学院,浙江 杭州 310018
白细胞分类在血液分析、临床疾病的诊断和治疗中具有重要意义。人工镜检作为血细胞分析的金标准,耗时较长且高度依赖检测人员的经验。定量相位成像可测量细胞各处的相位分布,是研究细胞形态学和生物化学特征的有效方法。利用基于数字全息显微和明场显微成像的共定位相位成像系统对健康人外周血涂片中的5种白细胞进行研究,定量分析了不同白细胞及其亚结构中的相位分布情况,提取出多个有效辅助白细胞分类的特征参数,并进一步分析了镜检中容易混淆的异型淋巴细胞。结果表明,利用提取的细胞亚结构特征参数可对白细胞进行有效分类,也能较好区分异型淋巴细胞。因此,基于共定位相位成像的细胞亚结构特征参数可为白细胞分类、各类血液疾病的诊断和治疗提供依据和参考,且此种方法无须再对常用的染色样品进行特殊处理,应用场景众多。
生物光学 定量相位成像 数字全息 白细胞亚结构 相位分布特征 bio-optics quantitative phase imaging digital holography white blood cell substructures phase distribution characteristics 
中国激光
2024, 51(3): 0307107
程德文 1,2,*倪栋伟 1,2吕鑫 1,2王永东 1,2[ ... ]王涌天 1,2
作者单位
摘要
1 北京理工大学光电学院,北京 100081
2 北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心,北京 100081
为扩大体全息光栅波导的出瞳直径和视场,提出了二维扩瞳和视场扩展的两重体全息光栅波导设计方法。该波导结构的出耦合光栅由两个两重体全息光栅构成,用于实现二维扩瞳。将入射视场分为两条路径传播,每条路径负责一半的视场,最后将两部分视场拼接形成完整视场。该方法不仅扩大了出瞳直径,还有利于增大全息波导系统的视场角。介绍了二维扩瞳视场扩展的光学原理和设计方法,最终实现的系统水平视场为48°,垂直视场为27°,出瞳尺寸为16 mm×13 mm。实验结果验证了所提方法的可行性。该方法在扩瞳的同时有助于扩展视场角,为头戴近眼显示设备提供了具有前景的有效方案。
全息 两重体全息光栅波导 二维扩瞳 视场扩展 holography double volume holographic grating waveguide two-dimensional exit pupil expansion field of view expansion 
光学学报
2024, 44(2): 0222001
陈彦杰 1,2,3徐正琨 1,2,3赵睿哲 1,2,3李晓炜 4[ ... ]黄玲玲 1,2,3,*
作者单位
摘要
1 北京理工大学光电学院北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心,北京 100081
2 北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室,北京 100081
3 北京理工大学光电学院信息光子技术工信部重点实验室,北京 100081
4 北京理工大学机械与车辆学院激光微纳制造实验室,北京 100081
超表面的设计与制造极大地推动了在片上紧凑光学系统中实现光场调控的应用。传统光学系统中的光学透镜、空间光调制器以及偏振光学元件虽具备光场调控的功能,但体积庞大、光场调控功能单一等因素限制了其应用。超表面为光场调控提供了新平台,有望解决传统光学元件和系统向微型化、集成化和多功能化发展的瓶颈。主要围绕超表面的多维度全息混合复用、二维/三维光场变换、矢量光场的产生与操控三方面进行介绍。最后,对超表面的未来发展趋势进行了展望。
超表面 多维度光场调控 全息成像 光束整形 metasurface multi-dimensional optical field manipulation holography beam shaping 
光学学报
2024, 44(2): 0200005
作者单位
摘要
西安理工大学 机械与精密仪器工程学院,西安 710048
提出了一种基于数字全息理论结合主动风向随动和复杂可编程逻辑器件驱动的纳秒尺度脉宽的脉冲激光调制技术,利用全域数字图像融合和局部亮度梯度方差算法的地形云观测方法。在六盘山地形云野外科学试验基地开展了长期的连续观测以获得地形云微物理参数。与该基地内基于光散射原理的测量仪器及前向散射能见度仪的观测数据进行比对,发现虽然两者长时间观测结果的变化趋势具有良好的相关性,但在2~4 μm和7~50 μm的云滴粒子区间,数字全息测量方法具有更强的观测能力。本文方法可为提高对云降水物理过程的理论认识和参数化方案的开发奠定数据支持,也可为天气、气候、人工影响天气和大气化学等领域研究提供重要的技术支撑。
数字全息 地形云 云微物理参数 全域数字图像融合 局部亮度梯度方差 Digital holography Orographic cloud Cloud microphysical parameters Global digital image fusion Local tenengrad variance 
光子学报
2023, 52(12): 1201002

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