[发明专利]一种基于光频梳的全息显示系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于光频梳的全息显示系统及方法，本发明通过光频梳将单一频率的相干光光源进行展宽，作为全息显示系统的光源。同时选用多种全息图计算方法计算全息图，并通过全息图生成单元输出光波，经过与所选用全息图计算方法对应的中继光学系统，最终在预设的成像平面接收到重建目标图像。本发明利用光频梳对单一频率的相干光源进行展开，展宽的频带中的各个波长之间存在频率差，从而减弱重建目标图像中因相干光源带来的散斑噪声，同时展开频带宽度的有限性也令重建目标图像的清晰度保持与单一波长的相干光源基本一致。

技术领域

本发明涉及全息显示技术领域，特别是涉及一种基于光频梳的全息显示系统及方法。

背景技术

全息显示技术是一种能够重建三维场景复振幅光场的技术，也因此被认为是最理想的下一代立体显示技术。随着计算机技术和液晶显示技术的不断发展，只要一个三维场景能够在数学上被描述出来，我们就可以摆脱传统全息中复杂的干涉记录过程，不必使用高相干度光源系统的记录干板，而在计算机中数值计算全息图来重建真实存在或后期合成的场景。

由于在计算机中对全息图进行计算时涉及到的传播模型和干涉过程都基于相干光源，但是相干光源的强相干性会在成像平面引入散斑噪声，从而降低了全息显示的成像质量。如果采用非相干光源作为全息显示系统的光源，虽然不会带来散斑噪声的问题，但是其传播过程与相干性的计算模型不符，从而导致在目标平面接收到的重建图像不清晰。

光学频率梳，简称光频梳，是激光技术领域的一大突破。光频梳的实现方法主要由两大类：一是基于锁模激光器的光频梳；二是基于微谐振腔和半导体激光器等技术实现的片上光频梳。上述两种光频梳都可以将某单一频率的相干光转变为包含大量频率等间隔的宽带光频梳，即在频域上表现为等间隔频率的光谱，在时域上则表现为周期性的激光脉冲串。光频梳的应用广泛，不仅可以用于高精度测量、分子检测、现代通信以及频率合成以及测量等方面，而且因为其可将高相干性的光源频谱展宽，在消除全息成像中的相干噪声，提高成像质量方面也有很好的应用前景，具备良好的发展潜力。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于光频梳的全息显示系统及方法，通过光频梳将单一频率的相干光光源进行展宽，作为全息显示系统的光源。同时选用多种全息图计算方法计算全息图，并通过全息图生成单元输出光波，经过与所选用全息图计算方法对应的中继光学系统，最终在预设的成像平面接收到重建目标图像。

本发明利用光频梳对单一频率的相干光源进行展开，展宽的频带中的各个波长之间存在频率差，从而减弱重建目标图像中因相干光源带来的散斑噪声，同时展开频带宽度的有限性也令重建目标图像的清晰度保持与单一波长的相干光源基本一致。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于光频梳的全息显示系统，所述全息显示系统包括依次设置且设置在一条直线上的全息图生成单元、中继光学系统和接收屏，所述全息显示系统还包括计算机、相干光源和光频梳，其中，

所述相干光源，其用于发出单色光；

所述光频梳，其与所述相干光源相连接，其将所述相干光源进行展宽之后，投射至所述中继光学系统，所述中继光学系统再将光频梳传递的单色光投射至所述全息图生成单元中；

所述计算机，其用于计算待重建结果的全息图；

所述全息图生成单元，其与所述计算机连接，接收所述计算机计算得到的全息图，并且接收经过光学中继系统投射的单色光，该全息图生成单元加载所述全息图，再将全息图依次传入所述中继光学系统中。

进一步的，所述相干光源为激光二极管、单频激光器、光纤耦合激光光源、氦氖激光器、飞秒激光器、纳秒脉冲激光器中的一种。

进一步的，所述全息图生成单元为相位型线性光调制器或者振幅型线性光调制器。

进一步的，所述中继光学系统为图像缩放系统或者滤波系统。