[发明专利]一种通过一步任意角相移消除数字全息零级像的方法

说明书

技术领域

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

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。

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。

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

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。

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-α、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。

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：

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；

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-α、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此时通过遮挡，用CCD记下两路参考光的强度分布图：

其中，和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_o是物光的振幅，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-α，第二路参考光的位相变化为2α，则物光与两路参考光之间的位相差分别为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：

其中，当时，

当时，

本发明的优点和积极效果：

本发明首次提出了一种基于分束晶体的双参考光共轴光路，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，这一特性能够使某些数字全息技术更加简便易行。

在该光路特点基础上，提出配套算法，将现有的相移消零级数字全息技术由多步骤改进为一步相移、由固定角改进为任意角，因此消除了多步骤引起的误差，同时也减少了相移法对相移器高精度的要求，并且使相移技术更加简便、可操作性更强。

附图说明：

图1是本发明的光路设计图；

图中，1‐激光光源、2‐扩束装置、3‐反射镜、4‐分束镜、5‐分束镜、6‐载物台、7‐反射镜、8‐微动平移台、9‐加载在微动平移台上的分束晶体、10‐反射镜、11‐反射镜12～13‐遮光板、14‐反射镜、15‐合束镜、16‐CCD；

图2是南开大学校徽的图像，在模拟实验中作为物体；

图3是全息实验的物光图样；