一种采用频域滤波的激光全息直接打印装置和方法与流程

本发明属于全息术领域，具体涉及一种采用频域滤波的激光全息直接打印装置和方法。

背景技术：

计算机得到的计算全息干涉条纹加载到空间光调制器后，通过孔径光阑滤出所需要的衍射级次，并通过双远心镜头微缩系统进行缩微，将干涉条纹分块逐次打印到全息记录介质上的技术称为激光全息直接打印技术。这种采用孔径光阑直接滤波的方法需要采用较大尺寸的光阑，系统体积大，不方便系统集成；同时由于干涉条纹未经过透镜进行频谱分离而直接经过孔径光阑进行滤波，所以在孔径光阑的光孔边缘会发生衍射现象，不能较好滤出需要的衍射级次，导致全息图再现质量的下降，甚至无法再现原物。

全息图的再现效果与全息记录介质上干涉条纹分布密切相关，打印过程中应当极力避免与再现像无关的干涉条纹出现在全息记录介质上。长期以来，人们对激光全息直接打印系统进行了很多改进，提出了一种提高全息再现像的视觉效果并且再现像成像位置和大小可调节的方法，先加载闪耀光栅到纯相位全息图，其次通过叠加会聚球面波相位，分离再现像与空间光调制器像素结构引起的多级衍射光的聚焦平面的位置，再利用光阑和高通滤波器的共同作用，消除高级衍射光、多级再现像以及零级光干扰对重构视觉效果的影响(沈川等，基于像素结构空间光调制器的全息再现像问题研究，光学学报，0309001，2011)，本发明与之相比，装置更为简单，而且采用双远心镜头进行缩微以及运用位移平台进行分块打印。还有目前采用的全息波前打印方法，让再现像的频谱通过带通滤波器，在记录介质后面引入参考光与物光波发生干涉，记录其反射全息图(takeshiyamaguchi，volumehologramprintertorecordthewavefrontofthree-dimensionalobjects，opticalengineering，075802，2012)，本发明采用的是激光全息直接打印，不需要再引入参考光，简化了实验装置。

本发明提出一种采用频域滤波的激光全息直接打印装置和方法，用4f系统和带通滤波器对干涉条纹进行过滤，可很好的过滤掉高级衍射像，提高全息图的再现质量，运用双远心镜头进行缩微记录，以及用计算机控制位移平台在水平向和高低向精确移动，完成全息图的激光直写打印。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种采用频域滤波的激光全息直接打印装置和方法，以避免高级衍射像对全息图再现的影响，同时运用双远心镜头进行缩微记录，以及用计算机控制位移平台在水平向和高低向精确移动，完成全息图的激光直写打印，提高全息图的再现质量。

本发明的特征在于，采用频域滤波的激光全息直接打印装置，至少含有光源、扩束准直镜、平面反射镜、空间光调制器、第一透镜、带通滤波器、第二透镜、双远心镜头、全息记录干板、位移平台和计算机。其中，计算机既向空间光调制器加载图像，又向位移平台传递控制信号。空间光调制器在第一透镜的前焦面处，带通滤波器在第一透镜的后焦面和第二透镜的前焦面处，全息记录介质在双远心镜头的清晰成像面处并固定在位移平台上，空间光调制器在第一透镜的前焦面处，带通滤波器在第一透镜的后焦面和第二透镜的前焦面处，所属空间光调制器、第一透镜、带通滤波器、第二透镜构成4f系统。带通滤波器可以过滤掉高级衍射像，让中央衍射像通过双远心镜头进行微缩传递到全息记录介质上，以及用计算机控制位移平台进行分块打印。

采用该装置，完成激光全息直接打印的方法为：利用计算机将一图像加载至空间光调制器，光源产生光束，经扩束准直镜扩束准直后，调节平面反射镜的角度，使该光束照射空间光调制器，空间光调制器将会产生图像的多级衍射像，在第一透镜后焦面上得到多级衍射像的频谱，在该频谱面放置带通滤波器，仅可通过中央级衍射像的频谱；带通滤波器同时位于第二透镜的前焦面上，在第二透镜后焦面上再现出中央级次的像，再经过双远心镜头微缩图像至全息记录介质，得到全息单元，全息记录介质可跟随位移平台在水平向和高低向精确移动，完成全息图的激光直写打印。

本发明提供的采用频域滤波的激光全息直接打印装置结构简单，打印方法准确高效。

附图说明

实施例图：

本发明提供的采用频域滤波的激光全息直接打印装置和方法的附图有2个

图1采用频域滤波的激光全息直接打印装置和方法的第一个实施例的结构示意图。

图2采用频域滤波的激光全息直接打印装置和方法的第二个实施例的结构示意图。

图1～2中，(1)-光源，(2)-扩束准直镜，(3)-平面反射镜，(4)-空间光调制器，(5)-第一透镜，(6)-带通滤波器，(7)-第二透镜，(8)-双远心镜头，(9)-全息记录介质，(10)-位移平台，(11)-计算机。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明“采用频域滤波的激光全息直接打印装置和方法”实施方式作进一步地详细描述。

图1为本发明提供的采用频域滤波的激光全息直接打印装置和方法的实施例的结构示意图，包括光源(1)，扩束准直镜(2)，平面反射镜(3)、空间光调制器(4)，第一透镜(5)，带通滤波器(6)，第二透镜(7)，双远心镜头(8)，全息记录介质(9)，位移平台(10)，计算机(11)。

在该实施例中，光源(1)选择单色红光激光光源，该光源产生光束后，经扩束准直镜(2)扩束准直后，调节平面反射镜(3)的角度，使该光束照射空间光调节器(4)。利用计算机将一全息干涉条纹加载至空间光调制器(4)，空间光调制器(4)将会产生图像的多级衍射像。

空间光调制器的像素数为m×m，像素间距为δd，像素活动区的边长为d，则空间光调制器的透射率函数可以表示为：

(1)式中rect为矩形函数。

其中a(x，y)为slm的孔径函数，为加载到slm的活动区的相位分布，为slm的非活动区(死区)引起的常量相位偏移，表示卷积运算。

经过第一透镜时，重构平面的复振幅分布t(u，v)是slm的透射率函数t(x，y)的傅里叶变换，可表示为

(5)式中

a(u，v)＝f{a(x，y)}(6)

w(u，v)＝{d²sinc(ud，vd)q(u，v)+[δd²sinc(uδd，vδd)-d²sinc(ud，vd)]p(u，v)}(8)

其中f{}表示傅里叶变换，二维函数q(u，v)表示经过采样的相位全息图的傅里叶变换，表示采样间隔为δd的离散结构slm的傅里叶变换。

经过带通滤波器将高级衍射像过滤

其中δsl＝λf/δd，λ为波长，f为焦距。

g(u，v)＝t(u，v)h(u，v)(12)

经过第二透镜进行傅里叶变换后复振幅为：

其中t^*为t的复共轭

最后将得到的全息条纹经过双远心镜头进行缩微传递到全息记录介质上，得到全息单元，全息记录介质跟随位移平台在水平向和高低向精确移动，完成全息图的激光直写打印。

图2为本发明提供的采用频域滤波的激光全息直接打印的装置和方法的第二个实施例的结构示意图，其具体结构与第一个实施例相似，其实施原理与本发明的第一实施例相同。但在该实施例中，采用了透射性空间光调制器。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。