一种消除零级噪声的透射式全息打印系统的制作方法

本实用新型属于全息打印技术领域，尤其是涉及一种消除零级噪声的透射式全息打印系统。

背景技术：

立体三维显示技术在军事国防、文化教育医疗卫生等领域具有广阔的应用前景。三维显示技术在原有显示的基础上提供了三维场景深度感知，使人们可以全方位的认知与改变现在的生活方式。随着计算机技术的发展，计算产生的三维场景可被计算成为全息图加载到空间光调制器实现小区域三维显示。计算全息三维显示不受传统记录介质的约束，可以满足复杂物体的显示要求。空间光调制器靶面由许多独立单元组成的一维线阵或二维阵列，独立单元可以是物理上分割的小单元，能够对光波的振幅、强度、频率、偏振态等的一维或二维分布进行空间和时间的变换或调制，其输出光信号是随控制电信号变化的空间和时间的函数。空间光调制器在光学信息处理单元中，可用作系统的输入器件，通过改变光波的的振幅，将三维信息加载到出射光，与参考光在全息存储片内干涉，记录三维信息。然而空间光调制器出来的光强度能量有限，无法满足打印需求，所以研究消除零级噪声的透射式全息打印系统有很大的实际意义。

从传统全息到计算全息，我们寻找其优势互补的作用点在全息打印，虽然在很多领域取得了一定成绩，但目前仍存在问题，如物光分布不均匀，干涉效果分辨率低等。

点源法是全息打印方生成振幅型全息图的算法之一。点源法将三维物体认为是一个理想的漫射体，把三维物体抽样成多个离散的点，每个点都认为是一个可以发光的点光源，每一个点光源经过菲涅尔衍射到达全息面形成一个分布，把所有离散点做菲涅尔衍射到达全息面的球面波复振幅叠加便可得到三维物体的全息图。计算全息是使用计算机编程模拟光学全息记录过程，并用编码的方式制作全息图。计算全息不受实验室环境的影响可操作性强，可重复行高，成本高，本系统就是基于点源法得到全息打印的。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种消除零级噪声的透射式全息打印系统，以解决上述问题的不足之处，使全息打印中重建三维场景，打印分布强度均匀，显示效果分辨率提升，制作更加适合观看的三维场景。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种消除零级噪声的透射式全息打印系统，包括依次排列的光源、扩束准直单元、光学信息处理单元和全息存储片M1，所述扩束准直单元和光学信息处理单元之间设有分光镜BS，经所述分光镜BS后的两束平行光分别为物光L1和参考光L2，所述物光L1到达光学信息处理单元，所述参考光L2到达全息存储片M1。

进一步的，所述光学信息处理单元包括依次排列的空间光调制器、第一傅里叶透镜F1、光学匹配滤波器Z1和第二傅里叶透镜F2，所述空间光调制器连接计算机，所述第一傅里叶透镜F1、光学匹配滤波器Z1和第二傅里叶透镜F2处于同一光轴上，且所述第一傅里叶透镜F1和第二傅里叶透镜F2参数相同，所述第一傅里叶透镜F1和第二傅里叶透镜F2之间间距为2f，所述光学匹配滤波器Z1与第一傅里叶透镜F1、第二傅里叶透镜F2的间距均为f，其中，f为第一傅里叶透镜F1和第二傅里叶透镜F2的焦距。

进一步的，所述光源为激光器。

进一步的，所述扩束准直单元包括依次排列的针孔滤波器、扩束准直镜。

进一步的，所述空间光调制器为透射式振幅型空间光调制器。

进一步的，所述光学匹配滤波器Z1为低频滤波器。

相对于现有技术，本实用新型所述的消除零级噪声的透射式全息打印系统具有以下优势：

(1)本实用新型所述的透射式全息打印系统将物光做傅里叶变换，不仅把能量聚集，而且还把能量集中的低频区域滤去，使物光分布更加均匀，高频部分的信息得以保留，使重建出来的三维场景分辨率有所提高。

(2)本实用新型所述的透射式全息打印系统采用振幅型空间光调制器进行全息空间光打印，不仅提高全息打印系统的整体效率，而且能达到完全真实的三维视觉效果，提高显示质量。

(3)本实用新型所述的透射式全息打印系统采用透射式的打印方法，当加载参考光或普通光源时，会在参考光或普通光源的同侧重建出三维场景，方便观察者观看。

(4)本实用新型所述的参考光与物光光强相同，而且是由同一激光器产生，不仅节约系统空间，而且保持参考光与物光的相干性，保证打印重建质量。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述的透射式全息打印系统框图；

图2为本实用新型实施例所述的光学信息处理单元光路结构示意图；

图3为本实用新型实施例所述的扩束准直单元生成平行光的光路结构示意图；

图4为本实用新型实施例所述的频谱面示意图；

图5为本实用新型实施例所述的光学匹配滤波器需要滤除的低频区域示意图；

图6为本实用新型实施例所述光学匹配滤波器滤除低频区域后的图像。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如图1至图3所示，一种消除零级噪声的透射式全息打印系统，包括依次排列的光源、扩束准直单元、光学信息处理单元和全息存储片M1，所述扩束准直单元和光学信息处理单元之间设有分光镜BS，经所述分光镜BS后的两束平行光分别为物光L1和记录所用的参考光L2，二者光强相同，这样得到的参考光L2能够保证与物光L1有较强的相干性并提高记录效率，所述物光L1到达光学信息处理单元，所述参考光L2到达全息存储片M1。

所述光学信息处理单元包括依次排列的空间光调制器、第一傅里叶透镜F1、光学匹配滤波器Z1和第二傅里叶透镜F2，所述空间光调制器连接计算机，所述第一傅里叶透镜F1、光学匹配滤波器Z1和第二傅里叶透镜F2处于同一光轴上，且所述第一傅里叶透镜F1和第二傅里叶透镜F2参数相同，所述第一傅里叶透镜F1和第二傅里叶透镜F2之间间距为2f，所述光学匹配滤波器Z1与第一傅里叶透镜F1、第二傅里叶透镜F2的间距均为f，其中，f为第一傅里叶透镜F1和第二傅里叶透镜F2的焦距。

所述光源为激光器，用来产生相干光。

所述扩束准直单元包括依次排列的针孔滤波器、扩束准直镜。

所述空间光调制器为透射式振幅型空间光调制器，具体为TNSLM029-A。

所述光学匹配滤波器Z1为低频滤波器，消除三维场景的低频能量而保持高频能量，保持三维场景的细节部分，提高场景分辨率。

所述全息存储片M1对记录所用激光颜色敏感度高，对其它颜色响应度低。

本实施例中用到的全息存储片M1为Ultimate U08C Plates。

本实施例的工作过程如下：

所述激光器发出的高斯光束经过针孔滤波器、扩束准直镜后成为平行光，此时的平行光经过分光镜BS后形成两束平行光，分别为光强相同的物光L1和参考光L2，所述物光L1经过空间光调制器的调制附加上计算机提供的全息图信息，进行传播，经过第一傅里叶透镜F1后会在后焦面处形成频谱面，如图4所示，用位于频谱面处的光学匹配滤波器Z1来消除能量集中的低频区域，如图5所示为需要滤除的低频区域，如图6所示，为光学匹配滤波器Z1滤除低频区域后的图像信息，然后光束经过第二傅里叶透镜F2后再次变为平行光，最终在全息存储片M1处与参考光L2交汇，在交汇处产生并记录下干涉条纹，用于全息信息的再现，实现全息打印。

本实施例的设计原理具体说明如下：

在光学成像的过程中如果将一个平面图形放在一个傅立叶透镜的前焦平面上，在其后焦平面就可以得到准确的傅立叶变换，可得到它的频谱函数；反之将一个平面图形的频谱放在一个傅立叶透镜的前焦平面上，在透镜的后焦平面就可以得到此平面图形。如果对信号的频谱进行滤波处理，再将信号还原就可以改变信号的性质，可以等效为在傅立叶透镜的后焦平面上放置滤波器来改变图形的频谱，再对此图形用第二个傅立叶透镜成像就可以对图形进行处理，得到经过处理的图形。

激光经过扩束准直形成平行光照射空间光调制器(其坐标为(x₁,y₁))，透过空间光调制器的光的复振幅为物光函数f(x₁,y₁)，光波经过第一傅里叶透镜F1到达后焦平面(频谱面)就得到物光函数的频谱，其坐标为(u,v)，再经第二傅里叶透镜F2，在第二傅里叶透镜F2的象平面上可以得到物象，设其坐标为(x₂,y₂)，

以矩形孔为例，则频谱面得到的衍射图形频谱为：

其中，a为矩形的长，b为矩形的宽。

由此可以计算出频谱面上中央主极的宽度为高度为可以知道中间区域的能量集中，需要去除。

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