飛秒數字全息技術在超分辨成像以及三維重構中的應用研究.pdf

1、數字全息術是一種在傳統(tǒng)全息基礎上發(fā)展起來的新的光學干涉計量技術。由于它具有非接觸式測量、不需要化學濕處理過程、對樣品及測量環(huán)境沒有特殊要求等優(yōu)點,使得它得到越來越多研究人員的關注并被廣泛地應用于顯微測量、變形振動測量和三維形貌測量等領域。但由于受到其記錄介質CCD的結構和像素尺度的限制使記錄系統(tǒng)的分辨率受到了制約,因而在顯微領域的應用也受到了一定的限制。此外,由于實際被測量的物體表面一般比較粗糙,從而在反射波中會帶有較強的散斑噪聲,因此

2、要想通過提取它的相位獲得被測物體的三維形貌信息往往會存在較大的困難。本論文圍繞如何提高數字全息記錄系統(tǒng)分辨率以及獲得物體三維形貌信息這兩個問題展開討論的,其創(chuàng)新點主要包括以下幾個方面： 1.討論了物體的空間頻率和衍射場空間坐標的關系,通過理論和實驗證明,通過改變照明物體的入射光的傾角可以使攜帶物體不同頻率成份的衍射場被CCD記錄。 2.基于超短脈沖飛秒激光光源,設計并提出了一種新的合成孔徑數字全息記錄系統(tǒng)。它利用角分復用

3、技術將單個脈沖分割為具有不同載波頻率的三束參考光和具有不同角度照明物體的三束物光。在記錄平面上,含有不同物體頻率成份的多幅子全息圖將以非相干疊加的方式存儲于CCD的一幀中。實驗結果證明,將從各子全息圖獲得的再現像融合,可以得到具有超高分辨率的再現像。 3.設計了能夠超衍射極限分辨率的數字全息顯微記錄系統(tǒng),通過等效的實驗證明,利用該系統(tǒng)可以突破由顯微物鏡的衍射極限決定的數字全息記錄系統(tǒng)的分辨率,因而可以用低數值孔徑的顯微物鏡代替高

4、數值孔徑的顯微物鏡獲得高分辨率再現像,解決了顯微數字全息分辨率和視場以及工作距離之間的矛盾。 4.針對反射型微小物體,設計了一種可在三維形貌測量中實現微小物體分層記錄的短相干光源無透鏡傅里葉變換數字全息記錄系統(tǒng),并利用該系統(tǒng),實現了對錐形微孔壁的分層記錄,并通過調節(jié)待測物體在記錄系統(tǒng)中的位置來改變全息記錄中的物光光程,從而獲得了重構三維物體所需要的不同深度處的一系列子全息圖。該系統(tǒng)具有光路簡潔,系統(tǒng)的附加誤差小的特點。此外,在三