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基于合成孔径的非相干数字全息成像系统特性研究

汪盼  
【摘要】:基于空间光调制器的非相干数字全息术通过采用空间非相干光照明物体,从而记录物体的三维全息图,克服了传统数字全息术对光源的相干性要求较高,容易产生相干散斑噪声的缺点,避免了传统光学全息术严苛的实验要求,并且可以得到质量较高的再现像,具有很高的研究价值和实际应用价值。在非相干数字全息成像系统特性研究的基础上,将合成孔径技术应用于应用于该领域,通过模拟仿真以及实验探究,分析了基于合成孔径的非相干数字全息成像系统特性。合成孔径数字全息技术可以在不大幅度增加单个成像系统的难度以及复杂性的条件下,不仅使再现像分辨率和信噪比明显提高,还可以获得更大视场和更长的记录距离。本文首先基于菲涅尔非相干数字全息术记录和再现的基本理论,搭建了基于合成孔径技术的非相干数字全息成像系统,通过大量的模拟仿真以及对分辨率板的全息记录和数字再现的实验,对系统结构和实验参数进行优化,然后对基于合成孔径技术的非相干数字全息成像过程进行理论分析和计算,得到了成像质量较高的再现像,并验证了合成孔径技术在非相干数字全息领域的可行性。最后本文通过实验发现,在空间光调制器上加载透镜阵列掩模可以增大再现像的视场,从而提出了一种基于空间光调制器的大视场高分辨率的非相干数字全息成像系统。详细来讲,本论文主要完成的研究任务包含下面四个方面:(1)简述了非相干数字全息术的发展过程,详细介绍了基于合成孔径技术的非相干数字全息术的研究背景、研究意义和国内外发展动态,总结了该技术的优点以及实际应用价值。(2)对非相干数字全息成像系统的记录与再现过程进行了理论分析,搭建非相干数字全息成像系统,通过大量实验,探究该系统的成像特性,并研究了不同比例的物光波和参考光波对系统成像质量的影响。(3)在非相干数字全息成像系统记录和再现基础上,从理论上分析并计算了基于合成孔径技术的非相干数字全息系统成像过程。模拟仿真了在空间光调制器上子孔径掩模加载方式,中心子孔径掩模以及子全息图的再现处理方式对合成孔径非相干数字全息系统再现像性能质量的影响。然后搭建基于合成孔技术的非相干数字全息系统光路,实现对分辨率板的记录与再现,通过大量的实验对其仿真结果进行验证,结果进一步说明了合成孔径技术在非相干数字全息中的适用性,丰富了非相干数字全息术的领域,并为其进一步的发展提供了大量的实验数据与结果。(4)提出了一种基于空间光调制器的高分辨率大视场的非相干数字全息成像系统,利用空间光调制器纯相位模式的特点,通过在空间光调制器上加载对称单透镜阵列掩模的实验,验证了该方法可以有效的提高再现像质量,增大系统的成像视场。


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