数字全息及其在位移测量中应用的研究

【摘要】：数字全息是光学全息与计算机技术结合的一种新的光学分支。它除具有普通光学全息的优点外,还有其特殊的优越性。主要表现在省去干版的化学处理和能较为方便得到观察方向上的光场相位。数字全息是近年来信息光学前沿研究的一个热点,但是理论研究还不够系统和成熟。本论文的主要工作是对数字全息的记录、重建和在位移和形变测量中的应用展开研究。 首先,运用空间频率分析法,分析了离轴光路中的平行参考光和点源参考光下,数字全息图的空间频率分布,得出重建像分离的条件和不同光路设置下CCD的记录能力。其结果是要使重建像能空间分离,在平行参考光下,参考光与Z轴的夹角要大于普通光学全息,对于点源参考光二者则相同;点源参考光下CCD的记录能力比平行光强。以上分析是数字全息记录光路设计的主要依据。 其次,以频谱分离条件为基础,分析了各种不同光路设置下的重建算法并进行了详细的计算机模拟和研究。在离轴光路中,对点源和平行光这两种不同参考光的记录和再现进行分析,计算机模拟结果与理论分析一致;在分析常见相移技术的基础上,对四步同轴相移数字全息进行了模拟,模拟结果消除了衍射的直透光和同轴共轭像;针对在同轴相移全息中主要存在移相器的误差,提出了一种非定值同轴单步相移数字全息算法,该算法较于其它相移算法,有相移的数字全息图并不参与物光相位大小的运算,只参与对物光位相正负的判断,从而获得物光位相的正确解调,它对相移误差完全不敏感。 最后,介绍数字全息在位移和形变测量中应用。针对目前在数字全息测位移和形变多采用多束照明光记录所带来的实验的麻烦,提出一种实验光路较为简洁的二次曝光测位移的思路。