基于空間光調(diào)制的確定性相位恢復(fù)研究.pdf

1、光波場(chǎng)的性質(zhì)可以從三個(gè)方面來(lái)完全描述:振幅（亮度）、波長(zhǎng)（顏色）和相位（一個(gè)波長(zhǎng)內(nèi)相位等同于深度）。統(tǒng)計(jì)表明80％以上的信息保存在相位項(xiàng)中，由此可見，相對(duì)于強(qiáng)度等其他信息，相位信息顯得尤為重要。然而，光波場(chǎng)的振蕩頻率(約為1015Hz)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有最高速的光探測(cè)器幀頻(108Hz)，探測(cè)器只能測(cè)量出光波場(chǎng)的強(qiáng)度變化，而無(wú)法直接探測(cè)到光波場(chǎng)的相位信息。因此，需要利用測(cè)量的強(qiáng)度分布來(lái)計(jì)算相位信息，即為相位恢復(fù)問(wèn)題。目前，相位恢復(fù)已經(jīng)應(yīng)用到光學(xué)

2、測(cè)量、天文學(xué)成像、電子顯微學(xué)、自適應(yīng)光學(xué)、光學(xué)相位顯微等眾多領(lǐng)域。
　　基于強(qiáng)度傳輸方程的相位恢復(fù)是一種典型的非干涉確定性相位恢復(fù)方法。該方程建立了光強(qiáng)度的軸向變化量與相位之間的定量關(guān)系，只需要測(cè)量物面的強(qiáng)度分布，就可以通過(guò)求解該方程直接計(jì)算出相位信息。相較于干涉相位恢復(fù)方法，基于強(qiáng)度傳輸方程的相位恢復(fù)不需要復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，對(duì)于實(shí)驗(yàn)環(huán)境要求不苛刻。另外，求解過(guò)程不需要迭代，且求解出的相位不需要解纏。然而，基于強(qiáng)度傳輸方程求解的結(jié)果

3、存在分辨率低以及采集圖像時(shí)需要機(jī)械地移動(dòng)成像器件CCD等缺點(diǎn)，易受到強(qiáng)度差分高階近似的非線性誤差和測(cè)量噪聲的影響，因而，限制了恢復(fù)結(jié)果的精度。
　　空間光調(diào)制器本質(zhì)上是一個(gè)適應(yīng)性光學(xué)裝置，它能在波陣面上施加空間和時(shí)間變化調(diào)制，改變波陣面的振幅、相位和偏振。本文利用空間光調(diào)制器對(duì)光場(chǎng)調(diào)制的特性，將其應(yīng)用到相位恢復(fù)的相關(guān)計(jì)算中，提出了新的相位恢復(fù)算法，搭建了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，獲得了具有高質(zhì)量的相位恢復(fù)結(jié)果。
　　主要研究工作和創(chuàng)新

4、點(diǎn)如下:
　　(1)基于空間域相位調(diào)制的相位恢復(fù)，研究了基于傾斜光照合成的相位恢復(fù)算法。將空間光調(diào)制器放置在空間域中，加載不同角度的傾斜光柵對(duì)入射光場(chǎng)進(jìn)行相位調(diào)制，并通過(guò)合成孔徑技術(shù)計(jì)算出相位，提高了恢復(fù)圖像的分辨率，獲得了具有高質(zhì)量的恢復(fù)結(jié)果。
　　(2)基于空間域振幅調(diào)制的相位恢復(fù)，提出了基于余弦光柵調(diào)制和強(qiáng)度傳輸方程的相位恢復(fù)算法。將空間光調(diào)制器放置在空間域中，加載余弦光柵對(duì)入射光場(chǎng)進(jìn)行振幅調(diào)制，利用獲取的強(qiáng)度圖像求解

5、強(qiáng)度傳輸方程計(jì)算出相位偏導(dǎo)數(shù)，進(jìn)一步地由相位偏導(dǎo)數(shù)恢復(fù)出相位信息。并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該算法的有效性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該算法可有效地抑制噪聲對(duì)恢復(fù)結(jié)果的影響。
　　(3)基于頻率域振幅調(diào)制的相位恢復(fù)，提出了基于正弦光柵調(diào)制的相位恢復(fù)算法。將空間光調(diào)制器放置在頻率域中，加載正弦光柵對(duì)光場(chǎng)的振幅進(jìn)行調(diào)制，通過(guò)強(qiáng)度與相位偏導(dǎo)數(shù)之間的關(guān)系計(jì)算出相位偏導(dǎo)數(shù)，從而進(jìn)一步獲得相位信息。設(shè)計(jì)了光學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可快速采集到強(qiáng)度圖像，避免了傳統(tǒng)方法中機(jī)械地移動(dòng)