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数字微镜再现全息像的一种增强方法

胡特  
【摘要】:传统的文字、图片及视频信息都是二维信息,如何使得这些二维信息扩展为承载更多细节的三维信息是人们一直所期望的。全息术的出现使得人们的这一愿望得以实现,同时如何使得再现的方式更为方便有效是学者们一直关注的热点。但传统全息用干板作为记录介质,而衍射再现则用真实的光线照射来实现,这限制了其应用。 计算机技术和光电转换器件的飞速发展促成了数字全息术的诞生,并得到迅速的推广应用,在数字全息术中,整个记录及再现过程都实现了全数字化。但像的再现过程一般由计算机模拟衍射计算来实现,而衍射计算需要一定的机器时间,难以实现“实时”全息再现。 数字微镜(Digital Micro-mirror Device, DMD)由于具有高的分辨率、宽的响应范围和快的响应速度,信噪比和光能利用率高,工作温度范围大、偏振无关以及具有显著的衍射特性等特点,很快用于再现全息像,其实时性是非常显著的,因而成为一个研究热点。 在利用DMD再现全息像的研究中,研究者的兴趣之一是如何获得高质量的全息再现像,因为影响DMD再现全息像质量的因素还比较多。比如,由于用DMD再现时其再现衍射光场中0级衍射像占据大片区域,使该技术的应用受到限制;又比如由于送到DMD再现的全息图一般是菲涅尔全息图,DMD到能看到清晰再现像的观察面之间的距离,受记录数字全息图时物体到记录元件的距离、参考光类型,以及记录、再现光的波长比值的影响,导致用DMD再现全息像时不容易设计DMD后面的投射系统等。 本论文主要根据DMD的工作原理及衍射特性讨论如何增强再现像质量。 分析无透镜傅立叶变换全息图和合成孔径全息的性质发现:其成像面就是投射正透镜的焦平面,有利于解决通常全息成像面不固定给DMD显示全息像带来的麻烦;同时,0级衍射像被透镜会聚在焦面的中心,所占区域很小,有利于提高再现像质量;在全息图所在面内平移全息图也不会改变全息再现像的位置,可以仅用单束照明光就达到利用合成孔径原理提高全息图占空比和DMD微镜利用率,继而提高再现像质量的目的。基于此分析,提出了一种将无透镜傅立叶变换数字全息与合成孔径方法相结合,以提高DMD再现全息像质量的方法,实验结果证明该方法是可行的,相信DMD会在三维立体显示技术的发展中发挥其独到的优势。


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