[发明专利]一种基于环形光差频扫描实现边缘提取的全息方法

权利要求书

1.一种基于环形光差频扫描实现边缘提取的全息方法，其特征在于：将激光器出射的一束中心频率为ω₀的光被分为两束，一束作为参考光束，另一束作为物光束，其中，对参考光束进行频率为Ω的频移处理后，通过一个光瞳调制形成平面波；将物光束通过另一个光瞳调制形成环形光束，将处理后的参考光束和物光束进行汇合并共路，通过光波迭加产生频率为Ω的干涉光，并会聚在位于透镜后焦面的载物台上，对位于载物台上的物体进行扫描，将扫描后的光束进行接收并转换为电流信号，然后对此电流信号进行信号解调，最终在计算机中实现全息图的重建；

所述的频率为Ω的干涉光，实现对物体扫描时系统的光学传递函数为：

其中，k_x和k_y分别表示频域坐标，j表示虚数单位，λ表示光波的波长，k₀＝2π/λ表示波数，f表示透镜的焦距，z表示待测物体到透镜后焦面的距离，x’和y’分别表示横向和纵向的积分变量，p₁、p₂分别表示两个光瞳函数的表达式，分别是小孔形成的脉冲函数p₁和由环形光瞳滤波器形成的环形光函数p₂，p₂表示为：

其中，circ表示圆孔透过率函数，w₀表示外环半径，w_i表示内环半径，r表示极坐标

所述的信号接收和解调具体过程为：对待测物体扫描后的光，通过透镜会聚后到达光电探测器，由光电探测器输出带有全息信息且与物体扫描位置相关的电流信号，表示为：

其中，P_1z和P_2z分别是两个光瞳的傅立叶变换，ω₀为激光器出射光的中心频率，Ω为声光调频器产生的频移信号频率，Γ₀(x’+x,y’+y,z)为待测物体的复光场，x和y分别表示物体的横向和纵向坐标，k_x和k_y分别表示频域坐标；

光电探测器的输出的电流信号进入带通滤波器的输入端，带通滤波器的中心频率为Ω，滤除电流信号中的直流成分和高频干扰成分，得到频率为Ω的外差电流信号为：

其中，Re表示实部；

通过带通滤波器后的信号分为两路分别通过乘法器和低通滤波器，其中一路通过乘法器与sin(Ωt)混频然后通过低通滤波器得到同相分量i_s(x,y；z)：

i_s(x,y；z)＝i_Ω(x,y；z)sin(Ωt)

另一路通过乘法器与cos(Ωt)混频然后通过低通滤波器得到正交分量i_c(x,y；z)：

i_c(x,y；z)＝i_Ω(x,y；z)cos(Ωt)

其中，i_Ω表示外差电流信号，sin和cos分别表示正弦和余弦；

所述的计算机全息图的重建过程为：通过低通滤波器后的同相分量i_c和正交分量i_s输入计算机的输入端，计算机对数据进行存储，并计算得到与物体相关的全息图，表示为：

H(x,y；z)＝i_c(x,y；z)+ji_s(x,y；z)

其中H(x,y；z)被称为复分布全息图，通过同相分量i_c和正交分量i_s两个记录全息图能够精确重构三维物体的复振幅信息。

2.根据权利要求1所述的基于环形光差频扫描实现边缘提取的全息方法，其特征在于：所述参考光束经过声光调频器后产生频率为Ω的频移后，通过由小孔和透镜组成的一个光瞳形成平面波，物光束通过由小孔、透镜、环形光瞳滤波器组成的另一个光瞳形成环形光束。

3.根据权利要求1所述的基于环形光差频扫描实现边缘提取的全息方法，其特征在于：所述的扫描过程由载物台实现，载物台通过计算机进行控制实现对待测不同位置的三维扫描。