基于空間光調(diào)制器的3D圖像構(gòu)建與可視化研究.pdf

1、本文研究通過(guò)全息的方法合成三維光場(chǎng)，詳細(xì)分析了三維Gerchberg-Saxton(3D GS)算法的原理，使用該算法設(shè)計(jì)位相型計(jì)算全息圖，并對(duì)其進(jìn)行數(shù)字再現(xiàn)。對(duì)反射型硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon，LCoS)進(jìn)行定標(biāo)，測(cè)得灰度-位相關(guān)系曲線和灰度-光強(qiáng)關(guān)系曲線，把位相型全息圖轉(zhuǎn)換為灰度全息圖。搭建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，再現(xiàn)出三維光場(chǎng)。利用量子點(diǎn)材料受激發(fā)射熒光的特性，把合成的三維光場(chǎng)顯示在量子點(diǎn)材料上。
　　

2、 本文分為四大部分：
　　 第一章介紹了三維光學(xué)圖像合成技術(shù)的應(yīng)用，包括光通信器件的制備、大容量光信息存儲(chǔ)、全息光鑷和立體顯示。重點(diǎn)介紹了國(guó)內(nèi)外對(duì)三維光場(chǎng)全息合成技術(shù)和立體顯示的研究現(xiàn)狀。
　　 第二章介紹了計(jì)算全息的概念和分類，以及位相型計(jì)算全息圖的幾種優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，包括直接二元搜索算法、模擬退火算法、遺傳算法、楊-顧算法和GS算法。重點(diǎn)介紹計(jì)算效率高、收斂速度快的3D GS算法。結(jié)合菲涅耳衍射公式和物像關(guān)系，闡述了算

3、法的原理，分析了把三維圖像信息編碼進(jìn)計(jì)算全息圖的方法，并給出算法的流程。
　　 第三章首先介紹了實(shí)現(xiàn)波前動(dòng)態(tài)調(diào)制的工具——空間光調(diào)制器，然后針對(duì)本實(shí)驗(yàn)所用的液晶空間光調(diào)制器LCoS，介紹了其結(jié)構(gòu)、特性和表征方法。對(duì)退偏效應(yīng)、衰減效應(yīng)、調(diào)制深度對(duì)波長(zhǎng)的依賴關(guān)系做了詳細(xì)的討論，并介紹了兩種表征方法：瓊斯矩陣法和M-S矩陣法。作為衍射器件，LCoS需要工作于純位相調(diào)制模式，而扭曲向列相液晶本身固有的位相強(qiáng)度耦合調(diào)制特性，決定了其一般情

4、況下不滿足純位相調(diào)制的條件，需要對(duì)光路的偏振參數(shù)進(jìn)行配置。
　　 第四章是3D圖像再現(xiàn)和可視化的實(shí)驗(yàn)。首先對(duì)LCoS LC-R2500進(jìn)行定標(biāo)。對(duì)532nm和633nm兩種波長(zhǎng)，選擇合適的入射和出射偏振方向，使LCoS工作于偏位相調(diào)制模式，測(cè)量灰度-光強(qiáng)關(guān)系曲線和灰度-位相關(guān)系曲線。其次根據(jù)設(shè)定的目標(biāo)圖像，采用3D GS算法優(yōu)化迭代得到位相型傅里葉計(jì)算全息圖。然后搭建光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行光學(xué)再現(xiàn)，用CCD采集圖像，詳細(xì)分析了影響再現(xiàn)圖像