论文部分内容阅读
数字全息技术是光电信息领域的一个重要分支，是光学与现代信息技术的交叉领域。由于数字全息技术能够同时记录光波的振幅和相位信息并进行精确的数字化再现，被广泛应用于三维成像和光学测量等方面，展示了巨大的应用价值。近年来，随着飞秒激光等新技术的发展，数字全息技术获得了更广阔的发展空间。本文围绕数字全息的相位测量误差及飞秒激光脉冲数字全息技术做了以下工作:
1、对数字全息技术的相位重建误差进行了模拟分析和研究。模拟了存在频谱泄露的情况下傅里叶变换滤波再现算法的重建相位误差分布，结果表明90％像素的相位误差小于0.05rad。为了了解加窗对相位重建误差的改善情况，模拟了加Hanning窗后的相位重建误差分布，结果表明再现相位误差有了明显下降，超过95％的像素的相位误差小于0.01rad。为了研究CCD的非线性响应对相位测量误差的影响，模拟了CCD存在非线性响应条件下的数字全息记录与再现，结果表明其相位重建误差较均匀地分布在0.15rad内。
2、设计并建立了显微像面数字全息测量装置，进行了数字全息的应用研究。分别测量了光刻微结构的三维形貌、微透镜阵列的面型分布和光纤的折射率分布，获得了理想的测量结果。基于Matlab编写了图形化的数字全息图处理软件以方便数据处理。
3、对飞秒激光脉冲在数字全息技术中的应用特性进行了分析和研究。针对元件色散可能引起的飞秒脉冲光束畸变的问题，利用傅里叶积分变换的方法分别研究了飞秒激光脉冲通过单透镜和4F系统后的光束特征，结果表明飞秒激光脉冲通过单透镜和4F系统后分别保持了球面波和平面波的光束分布。根据以上结论，分别模拟了不同的物光参考光夹角下基于单透镜和4F系统的像面数字全息记录与再现，分析了重建相位误差及记录区域随物光参考光夹角的变化趋势。结果表明，脉冲宽度是数字全息记录中的决定性因素;无论采用单透镜还是4F系统，在相同的夹角下，记录区域的面积大小相近，且记录面积均随物光参考光夹角的增大而减小。针对飞秒脉冲的频率啁啾对数字全息记录的影响，分析了当物光和参考光中存在频率啁啾情况下的干涉场的分布。结果表明，频率啁啾将导致干涉条纹衬比度的下降且当物光和参考光啁啾不同时，条纹周期不再为常数。其中，当物光和参考光中的一束具有频率啁啾时，条纹周期将受到微弱的线性调制;当物光和参考光具有相反的啁啾时，干涉条纹的周期将会受到明显的线性调制。