[發明專利]一種可有效抑制零級和共軛像的同軸數字全息方法

有效

• 申請號: 201010258316.2
• 申請日: 2010-08-19
• 公開（公告）號: CN101957171A
• 公開（公告）日: 2011-01-26
• 發明（設計）人: 趙建林;邸江磊
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01B9/021
• 分類號: G01B9/021;G01N21/45
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

技術領域

本發明涉及全息技術領域，特別涉及一種可有效抑制零級和共軛像的同軸數字全息方法。

背景技術

英籍學者伽柏在研究如何提高電子顯微鏡的分辨本領時，首次提出了同軸全息術的思想。同軸全息術的特點是參考光波與物光波同軸，記錄光路簡單，對環境和光源的相干性要求較低。但缺點是零級衍射(即直透光)和共軛像與原物場的再現像也同軸，從而使原物場的再現像受到很強的背景干擾，再現像質量下降。與同軸全息術相比，離軸全息術中物光和參考光有一定的夾角，從而使全息圖再現過程中的零級衍射、再現像及其共軛像彼此分開，但離軸全息術對全息圖記錄光路、環境震動及記錄介質的要求較高，且并不適用于粒子場測量等領域。

近年來，數字全息術逐漸成為研究的熱點。數字全息術以固體成像器件CCD(Charge?Coupled?Device，電荷耦合器件)或CMOS(Complementary?Metal-OxideSemiconductor，金屬氧化物半導體)替代傳統的銀鹽干板來記錄全息圖，通過計算機數值模擬全息圖的衍射過程，利用快速傅里葉變換算法及頻譜濾波處理等獲得物光波場的振幅和相位信息，實現三維物光波場重構，避免了傳統的濕化學處理過程，具有快速、實時等優點。根據不同記錄光路結構，數字全息術也分為同軸和離軸兩類。同軸數字全息術對CCD的空間分辨率要求較離軸數字全息術低，但與傳統的同軸光學全息術類似，同軸數字全息術的再現像同樣受到零級衍射和共軛像的干擾，因而限制了其廣泛應用。

目前，同軸數字全息術主要采用相移技術、HRO相減技術或者重建過程的數值迭代算法等，來消除數值再現像中零級衍射和共軛像的影響。相移技術要求依次記錄有一定相移差的四幅或多幅數字全息圖，并通過對所記錄的多幅全息圖進行數值計算，以消除零級衍射和共軛像，但在多幅全息圖的記錄過程中往往難以精確控制相移，且對于快速變化的物體無法利用該方法。HRO相減技術需要利用CCD分別記錄物光、參考光以及其所形成的數字全息圖，并對其進行相應的數值計算，但與相移技術類似，同樣難以用于物體的動態變化過程。重建過程的數值迭代算法通過在同軸數字全息圖的數值重建過程引入迭代因子，經過多步迭代計算獲得無完全無直透光和共軛像影響的全息再現像，但是其運算復雜，多步運算耗時較久。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種可有效抑制零級衍射和共軛像的同軸全息方法，通過數字全息圖記錄過程的特殊設計，僅利用一幅數字全息圖，并經過簡單數值運算得到抑制零級衍射和共軛像的全息再現像，克服已有方法需記錄多幅全息圖或者運算復雜等缺點。

技術方案

一種漫反射型物體可有效抑制零級衍射和共軛像的同軸數字全息方法，其特征在于步驟如下：

步驟1，在待測物體與全息干涉圖數字記錄位置之間設置一個小孔，激光照射并透過待測物體或者從待測物體表面反射的激光束通過小孔，沿同一光軸方向到達記錄位置形成物光波；該物光波在記錄位置與參考光波發生干涉，形成反映待測物體的全息干涉圖；所述參考光波為與物光波相干的且光軸重合的激光光波；

步驟2，以與參考光波共軛的光波作為數值模擬計算過程的再現照明光波，利用描述光波衍射傳播的菲涅爾-基爾霍夫衍射積分公式