一种通过一步任意角相移消除数字全息零级像的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及数字全息技术领域，特别涉及一种通过一步任意角相移消除零级像的 数字全息方法。
【背景技术】
[0002] 英国科学家伽柏在从事提高电子显微镜的分辨本领时，首次提出了全息术的设 想，并在1948年利用水银灯首次获得了全息图及其再现像。全息术有着信息容量大，再现 像是三维立体性等优点，但与此同时这种同轴全息术其零级像与原物场的再现像也同轴， 从而使再现像质量下降。为此利斯等人提出了离轴全息克服了零级像对再现像的影响，但 离轴全息对全息图记录光路、环境震动及记录介质的要求较高。
[0003] 近年来，随着计算机以及高分辨率CCD的发展，数字全息技术及其应用受到广泛 的关注。数字全息是用光电传感器件（如CCD或CMOS)代替干板记录全息图，然后将全息 图存入计算机，用计算机模拟光学衍射过程来实现被记录物体的全息再现和处理。数字全 息与传统光学全息相比具有制作成本低，成像速度快，记录和再现灵活等优点。但是与传统 同轴光学全息术类似，同轴数字全息术的再现像同样受到零级像的影响。
[0004] 同轴数字全息术主要采用由Yamaguchi提出的相移技术来消除再现像中零级像 的影响，其中常用四步相移全息术。但是由于空气、震动等影响将会使相移器在相移之后产 生随机误差，每一步都产生误差，四步相移将对结果产生不利的影响
【发明内容】
[0005] 本发明目的是克服传统相移法中的多步相移且每步相移是固定值的限制，从而避 免了产生较大误差对结果产生不利影响的问题，提出一种通过一步任意角相移消除零级像 的数字全息方法。
[0006] 本发明方法通过一步任意角相移完成多幅全息图的拍摄从而消除零级像的影响， 有效地减小了多步固定角相移对再现像产生的不良影响，同时减少了实验步骤，缩短了时 间，本发明设计出了一种双参考光实验光路，通过调节微动平移台同时改变两束参考光的 相位，并保持相移量为、2α，并提供了其配套的物光恢复公式。提出了一种基于该试验 光路的一步任意角相移消零级方法。
[0007] 本发明提供的通过一步任意角相移消除数字全息零级像的方法，该方法的具体步 骤如下：
[0008] 第1、激光器发出的光束通过分束镜将分为两束，第一束为物光，第二束用于产生 两路参考光；
[0009] 第2、第二路光经过放置在微动平移台的分束晶体，光束分为相互垂直的两路，其 中反射的一路经一反射镜后原路返回，记为第一路参考光，透射的一路经一组延迟线后照 到分束晶体上，分束晶体被照射的部分涂上了一层反射材料，使光束原路返回形成第二路 参考光；
[0010] 第3、通过微动平移台移动分束晶体，达到同时调节两路参考光相位的目的，相位 变化量分别为、2α，调节延迟线使两路参考光到记录平面的距离相同，且两路参考光的 传播方向一致，记两路参考光的初相位为Pm = = 0，此时通过遮挡，用C⑶记下两路 参考光的强度分布图：
[0011] γ , 2 I 只' ?······?······?·····?··?······?·····?··?······?·····?··?··· (1)
[0012] Il = Aid" ............................................................ (2)
[0013] 其中，'和分别为两路参考光的振幅；
[0014] 第4、通过遮挡，两路参考光分别能与物光干涉，得到两幅全息图，其中A。是物光的 振幅，，是物光的相位；
[0015] ITi = _Ari + A〇~" + AR\ Ao cos (ρο ................................... (3)
[0016] Ia = Ari2 + Ao1 + 2AriJ〇COS(P〇 ................................... (4)
[0017] 第5、移动分束晶体，使两路参考光产生位相变化，其中第一路参考光的位相变化 为-α，第二路参考光的位相变化为2 α，则物光与两路参考光之间的位相差分别为和+ ? 和P - 2?，此时两路参考光之间，物光与两路参考光之间能够形成三幅全息图：
[0018] 15 - Ari + Ari + 2,^4rij4r2 cos(3iz) ....................................(5)
[0019] Ie = Am2 + Ao2 + 2AmA〇cos((p〇 + a) (6)
[0020] Ii - Ari + Ao + 2j4ru4〇 cos(^?〇 - 2〇f)............................(7)
[0021] 第6、物光的复振幅表示为：
【主权项】
1. 一种通过一步任意角相移消除数字全息零级像的方法，该方法的具体步骤如下： 第1、激光器发出的光束通过分束镜将分为两束，第一束为物光，第二束用于产生两路 参考光； 第2、第二束光经过放置在微动平移台的分束晶体，分为相互垂直的两路，其中反射的 一路经一反射镜后原路返回，记为第一路参考光，透射的一路经一组延迟线后照到分束晶 体上，分束晶体被照射的部分涂上了一层反射材料，使光束原路返回形成第二路参考光； 第3、通过微动平移台移动分束晶体，达到同时调节两路参考光相位的目的，相位变化 量分别为-a、2a，调节延迟线使两路参考光到记录平面的距离相同，且两路参考光的传播 方向一致，记两路参考光的初相位为=Pi= 〇，此时通过遮挡，用（XD记下两路参考 光的强度分布图：
其中，為?,和為?2分别为两路参考光的振幅； 第4、通过遮挡，两路参考光分别能与物光干涉，得到两幅全息图，其中A。是物光的振 幅，P是物光的相位；
第5、移动分束晶体，使两路参考光产生位相变化，其中第一路参考光的位相变化 为-a，第二路参考光的位相变化为2a，则物光与两路参考光之间的位相差为和+ ?和 ，此时两路参考光之间、物光与两路参考光之间能够形成三幅全息图：
第6、物光的复振幅表示为：
【专利摘要】一种通过一步任意角相移消除数字全息零级像的方法。本发明首次提出了一种联动共轴双参考光光路，通过调整光路中加载在微动平移台上的分束晶体，能够在微动平移台进行位移时，保证两束参考光的相移量为-α、2α。基于该光路，提出了配套的算法，将现有的相移消零级数字全息技术由多步改进为一步相移，并且相移量是任意的，消除了多步相移及微动平移台移动产生的误差，使相移技术更加简便、可操作性更强。
【IPC分类】G03H1-04
【公开号】CN104808470
【申请号】CN201510264340
【发明人】杨勇, 谢东卓, 赵东亮, 翟宏琛
【申请人】南开大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年5月22日