[发明专利]一种可有效抑制零级和共轭像的同轴数字全息方法

说明书

技术领域

本发明涉及全息技术领域，特别涉及一种可有效抑制零级和共轭像的同轴数字全息方法。

背景技术

英籍学者伽柏在研究如何提高电子显微镜的分辨本领时，首次提出了同轴全息术的思想。同轴全息术的特点是参考光波与物光波同轴，记录光路简单，对环境和光源的相干性要求较低。但缺点是零级衍射(即直透光)和共轭像与原物场的再现像也同轴，从而使原物场的再现像受到很强的背景干扰，再现像质量下降。与同轴全息术相比，离轴全息术中物光和参考光有一定的夹角，从而使全息图再现过程中的零级衍射、再现像及其共轭像彼此分开，但离轴全息术对全息图记录光路、环境震动及记录介质的要求较高，且并不适用于粒子场测量等领域。

近年来，数字全息术逐渐成为研究的热点。数字全息术以固体成像器件CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)或CMOS(Complementary Metal-OxideSemiconductor，金属氧化物半导体)替代传统的银盐干板来记录全息图，通过计算机数值模拟全息图的衍射过程，利用快速傅里叶变换算法及频谱滤波处理等获得物光波场的振幅和相位信息，实现三维物光波场重构，避免了传统的湿化学处理过程，具有快速、实时等优点。根据不同记录光路结构，数字全息术也分为同轴和离轴两类。同轴数字全息术对CCD的空间分辨率要求较离轴数字全息术低，但与传统的同轴光学全息术类似，同轴数字全息术的再现像同样受到零级衍射和共轭像的干扰，因而限制了其广泛应用。

目前，同轴数字全息术主要采用相移技术、HRO相减技术或者重建过程的数值迭代算法等，来消除数值再现像中零级衍射和共轭像的影响。相移技术要求依次记录有一定相移差的四幅或多幅数字全息图，并通过对所记录的多幅全息图进行数值计算，以消除零级衍射和共轭像，但在多幅全息图的记录过程中往往难以精确控制相移，且对于快速变化的物体无法利用该方法。HRO相减技术需要利用CCD分别记录物光、参考光以及其所形成的数字全息图，并对其进行相应的数值计算，但与相移技术类似，同样难以用于物体的动态变化过程。重建过程的数值迭代算法通过在同轴数字全息图的数值重建过程引入迭代因子，经过多步迭代计算获得无完全无直透光和共轭像影响的全息再现像，但是其运算复杂，多步运算耗时较久。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种可有效抑制零级衍射和共轭像的同轴全息方法，通过数字全息图记录过程的特殊设计，仅利用一幅数字全息图，并经过简单数值运算得到抑制零级衍射和共轭像的全息再现像，克服已有方法需记录多幅全息图或者运算复杂等缺点。

技术方案

一种漫反射型物体可有效抑制零级衍射和共轭像的同轴数字全息方法，其特征在于步骤如下：

步骤1，在待测物体与全息干涉图数字记录位置之间设置一个小孔，激光照射并透过待测物体或者从待测物体表面反射的激光束通过小孔，沿同一光轴方向到达记录位置形成物光波；该物光波在记录位置与参考光波发生干涉，形成反映待测物体的全息干涉图；所述参考光波为与物光波相干的且光轴重合的激光光波；

步骤2，以与参考光波共轭的光波作为数值模拟计算过程的再现照明光波，利用描述光波衍射传播的菲涅尔-基尔霍夫衍射积分公式