飞秒全息成像技术研究

飞秒全息成像技术目前主要有两个应用方向：飞行中的光波记录方法以及透过高散射介质（特别是生物活组织）成像。本文针对第二个应用方向作了一些初步工作，建立起了一套完整的电子全息系统，包括数字再现软件、ＣＣＤ摄像机、图像采集处理机。采用建立的电子学全息系统，在空气中拍摄了金属丝的飞秒全息图，为进一步利用飞秒全息技术研究透过高散射介质成像打下了基础。     

数字全息三维显示关键技术与系统综述

三维全息显示能够表现出与真实物体一样的深度和视差,是一种理想的三维显示方法.但是,三维物体计算全息图计算复杂且计算量巨大,因此,如何快速生成三维物体计算全息图是数字三维全息动态显示中的关键问题之一.本文首先论述了数字全息三维显示的关键技术,包括物点散射法、体视全息法、层析法等三种三维物体计算全息图实现方法,一种RGB分离的真彩色全息显示实现方法和若干提高全息再现像质的方法;然后对几种最新典型的数字三维全息显示系统进行了技术分析;最后总结了数字全息三维显示领域的发展动态,指出三维全息显示技术会朝着实时、动态、更大尺寸、更高分辨率方向发展.     

用计算全息法测量长焦透镜的透射波前

为了高精度地检测长焦透镜的透射波前,提出了在Zygo干涉仪的平面光路中加入一个二元衍射元件提供参考波前的计算全息法(CGH)。介绍了计算全息法检测长焦透镜透射波前的理论,设计并研制了高精度计算全息板,并将其用于大口径长焦距透镜透射波前检测。理论分析和实际检测结果表明:该方法系统误差小,测量重复性精度优于0.004λ(2σRMS),与常规的菲索干涉法测量球面透镜透射波前得到的结果一致,从而验证了提出测量方法的可靠性。最后,详细分析了二元衍射元件的制造误差对透射波前检测的影响,得到测量误差(PV)小于λ/10。文中的结果表明提出的计算全息法可有效缩短光路,提高测量精度,对长焦透镜波前检测有重要的应用价值。     

全息光学元件的发展动向

所谓全息技术,就是将物波与参考波同时记录在记录介质上,然后再现出与原物波相同的波。最初人们曾把全息技术作为三维图像显示装置和图像、比特信息的大容量存储器等方面的板有效的应用技术而抱以很大期望。但是,以后的研究过程证明,全息技术在这些方面的应用相当困难。于是人们对这一技术的期待有所减退。然而,在另一方面,能进行全息记录的全息照相本身已作为一种衍射光学元件(全息光学元件),应用     

全息照相在振动分析中的若干应用

本文利用全息干涉计量术的“时间平均法”,分别对叶片、柱形压力容器和矩形板进行了振动分析:给出了各种类型叶片的振动模式图;由于涉条纹的分布,测量出柱形压力容器表面的振幅分布;由实验得到的矩形板的振动模式图与理论计算结果符合得很好。     

两种利用计算全息检测非球面的方法

计算全息检测非球面具有广泛的应用潜力。但在一般情况下,检测的非球面波差范围是有限的。本文提供和验证了两种扩大计算全息检测能力的方法,其一是计算全息和零位光学系统组合补偿的检测法;其二是象差平衡法制作计算全息图的检测法。此两法把检测非球面波差范围扩大几倍直至近百个λ的波差。所用的线型计算全息图能方便地再现位相型波面。实验证实了这两种方法是可行的。精度分析表明,检测非球面面形偏差时,精度可达λ/10。     

扫描全息术中菲涅耳波带板的衍射问题分析

对扫描全息术中作为编码孔径的菲涅耳波带板的衍射问题进行了数值计算和实验观测。对波带板的菲涅耳衍射积分方程进行了数值求解,在计算时考虑了透镜的位相调制作用;为了使分析问题直观、数值计算简化,通过对比有透镜时波带板的衍射强度分布,求解出无透镜时具有相同分布的等效距离,同时引入了菲涅耳虚衍射面的概念;为了定量描述波带板的衍射效应,定义了临界衍射距离;为了验证数值计算的正确性,在实验中观测并记录了透镜焦距、波带板环数和半径对临界衍射距离的影响;对发散球面波入射时临界衍射距离的变化也进行了讨论。数值计算和实验观测结果对波带板扫描全息成像系统中编码孔径的结构设计、成像物体与透镜的距离以及透镜焦距的选取具有指导意义。     

用四个干涉图法测压力鼓变形滞后线

本文从原理与实验论述了如何应用自动计算全息图的四个干涉图法高精度、非接触、实时地测试被物体变形的全信息：变形的大小、方向和形状。并用光导热塑料相机和计算机控制的全息装置成功地测定了压力鼓受气压后变形的滞后线。它表明，这种新的自动计算全息图的全息干涉术使全息干涉从实验室走向工业测试成为可能。     

位相复共轭光学及其应用

本文从位相复共轭光学的基本概念出发,介绍了受激散射、三波混频、四波混频、实时全息和光子回波等产生位相复共轭波的方法,並利用位相复共轭的特性综合评述了在自适应光学技术、光学纤维图象传输、劣等光学系统图象传输和光学信息实时处理等方面的应用。     

计算全息图的基本理论与制作

与传统光学全息相比,计算全息图因具有极高灵活性,制作简单并且能够记录实际不存在物体的特点而被广泛应用。越来越多的专家和学者致力于研究计算全息图。在介绍计算全息基本理论后,采用四阶迂回相位编码方法,基于MatLab平台分别制作了傅里叶二元计算全息图和菲涅耳二元计算全息图。再现实验中得到的再现像直观明显,对研究和开拓计算全息图更广泛的应用具有参考价值。     

三维物体全视差全息体视图的快速计算

针对传统全息技术对三维数据源要求高、计算量大以及实现速度慢等问题,提出了一种三维物体全视差全息体视图的快速计算方法。该方法对全息面和再现面分别进行空间分割和频谱采样,通过迭代傅里叶变换算法计算多个基元全息图,叠加构成全息图单元。由摄像机获取三维物体不同角度的二维视差图像,基于人眼双目视差立体视觉原理,构建视差图像与全息图单元的对应关系。最后,利用全视差图像调制全息图单元中对应衍射方向的基元全息图,快速合成三维物体全视差全息体视图。基于液晶空间光调制器构建的光学系统对全息体视图进行了再现实验。结果表明,与传统全息图计算方法相比,本文方法容易获取数据源,计算量较小,能够快速计算全息体视图,实现三维物体不同视角图像的再现。     

三维物体空间再现技术中的全息图计算

全息空间再现技术可以记录三维(3D)物体并在空间重构出三维像,是真实地再现三维场景的一种新的可行方法。三维物体全息图的计算是全息空间再现技术中的关键技术之一。本文在简要论述三维物体计算全息技术的理论基础上,对具有代表性的三维物体全息计算方法的原理和技术要点进行了重点论述。采用了层析法、菲涅耳波带法、多视角投影合成全息法等三种方法进行了三维物体全息图的计算,并利用LCR-2500空间光调制器及650 nm的150 mW半导体激光器对层析法计算的三维物体全息图进行了光电再现,对其它两种方法获得的三维物体全息图进行了数值再现,并三种计算方法各自的特点和局限性进行了具体的分析。在对目前三维物体计算全息技术中存在的硬件和算法等关键问题进行分析的基础上,讨论了提高三维物体计算全息图的效率和质量的有效途径。     

全息光弹性在簿板弯曲中的应用

本文利用目前比较先进的激光全息光弹性技术，提出了对受力产生弯曲变形的簿板进行光测应力实验分析的方案。通过该方法，能够很方便地获得等差线条纹和等和线条纹，使得模型上各点的主应力可以通过简单的计算而独立求得。     

全息凹面光栅和Ⅳ型环面全息光栅设计

本文根据Namioka全息凹面光栅设计的几何理论,叙述了Seya—型单色器全息凹面光栅设计以及Ⅳ型消象差环面全息光栅设计,并建立了设计程序。经光线追迹计算表明,所得到的全息光栅单色器设计,确实提供了较为理想的象质。     

利用全息图象处理技术的图象改善和三维重现

全息计算原理使我们有可能在目前科学和工程关心的许多方面作图象改善和合成。给出了在电子显微镜中改善分辨率,在电子显微镜和X-射线结晶学中作三维重现的例子,接着对这些应用中的光学计算和数字计算作了比较分析。     

利用全息图象处理技术的图象改善和三维重现

全息计算原理使我们有可能在目前科学和工程关心的许多方面作图象改善和合成。给出了在电子显微镜中改善分辨率,在电子显微镜和X-射线结晶学中作三维重现的例子,接着对这些应用中的光学计算和数字计算作了比较分析。     

基于质点振速测量的薄板瞬态力重建方法

基于质点振速测量重建了作用于薄板表面的瞬态力.首先根据薄板的运动方程推导了板表面上力谱与振动速度谱之间的脉冲响应函数,再联立板表面上振动速度谱和全息面上质点振速谱之间的脉冲响应函数,在波数域-时域中构建了力谱和质点振速谱之间的传递关系;在此基础上,以全息面上测量的质点振速作为输入,重建出了每一个波数点处的力谱,并通过对...     

微型涡喷发动机辐板热变形故障分析

研究了某微型涡喷发动机在研制中出现的辐板热变形故障,应用湍流换热计算公式 计算了辐板上的换热系数等有关参数,应用有限元素法计算了辐板的稳态温度场、机械 应力和热应力。基于上述的计算,分析了辐板热变形,并对辐板结构的改进提出了建议。     

全息波导耦出光栅出瞳亮度均匀性的改善

目前在AR领域,存在着全息波导显示系统的耦出光栅出瞳亮度不均匀的问题,设计并制作了一种衍射效率渐变的全息光栅以进一步提高显示光路中耦出光栅的出瞳亮度均匀性。提出移动遮挡板方案,以实现分区域地改变全息干版的曝光时间,使得到的全息光栅的衍射效率具有渐变特性,并对实验结果进行研究和分析。结果表明,系统中耦出光栅的出瞳亮度均匀性由28.57%提高到57.14%。因此采用的全息光学元件的拍摄光路和曝光方法,可以有效改善全息波导耦出光栅出瞳亮度均匀性。     

高对比度低压驱动全息聚合物分散液晶光栅

为了降低全息聚合物分散液晶光栅的驱动电压并提高其对比度,基于偏振原理设计了一种新型电调谐光栅。对传统的全息聚合物分散液晶(HPDLC)光栅进行了基板表面取向处理,加强液晶的均一排列程度,消除了液晶区域内的散射;然后,在光栅前面放置扭曲向列(TN)偏振调谐器,通过调节入射光的偏振方向,实现光栅内液晶折射率的变化,进而改变与聚合物折射率的差别,实现衍射强度的调谐。实验结果表明:光栅的阈值电压降低到了0.75～0.8V,对比度提高到了245:1,是传统HPDLC光栅的6～7倍,同时也大幅降低了散射损失且稳定性良好,可满足高端光学设备及显示产品方面的需求。