數字全息參數優化

摘要：為了提高數字全息圖的質量，文中從菲涅爾衍射積分出發，從理論上分析重構距離對全息圖質量的影響。采用重構圖的平均梯度為判斷重構距離的標準，并通過參數調整重構距離的精度，提出了自動調整重構距離的方法，并設計離軸數字全息光路對其進行實驗。實驗結果表明：該方法可以顯著提高全息圖的質量。其中為了避免物光受共軛物光與零級像的干擾，在衍射場寬度的基礎上，建立了CCD平面、重建像與參考光方向的模型，通過分析參考光與各個坐標軸之間的角度，推導出參考光角度的公式，通過分析與實驗表明公式對參考光角度的可控性。

關鍵詞：數字全息；重構距離；參考光角度

中圖分類號：TN 247 文獻標志碼：A

0.引言

數字全息技術是利用光敏電子成像器件取代了傳統全息記錄介質來記錄全息圖，并完成全息圖的數字化，然后利用計算機模擬全息圖的衍射成像過程實現原始物光波的數字再現。近年，隨著計算機特別是高分辨率CCD的發展，數字全息技術及其應用研究備受關注，其應用范圍涉及形貌測量、變形測量、粒子場測試、數字全息顯微和測振動等領域。因為全息圖的質量直接影響重構像的質量，所以如何得到高質量的全息圖和重構像就成為數字全息技術的關鍵問題。在光路設計方面，參考光角度與記錄距離是影響全息圖質量的2個重要參數。理論上，重構距離與記錄距離相等才可以重構出清晰的實像。選取合適的重構距離（記錄距離）與參考光的夾角是數字全息實驗中所關注的重點。周文靜等人針對再現距離的問題提出了基于修正梯度的最佳再現距離判斷的流程，但重現距離的初始化為經驗值。李俊昌等人提出了在計算全息時可以設定參考光角度的經驗值，但是學者不能根據自己對全息圖的需求來自由調整角度。文中針對以上這2個問題，進一步進行了優化，可根據參數的設定來任意調整參考光的角度，并且在基于修正梯度的最佳再現距離判斷的流程中加入重現距離的計算公式，這樣可以減少迭代次數，使調整更加精準。

文中以菲涅爾衍射積分為基礎，根據共軛物光衍射場、物光衍射場與零級衍射場的場寬，以重構平面寬度為標準，優化記錄距離。并在此基礎上以平均梯度為判斷重構圖質量的標準，從而可以自動調整重構距離與記錄距離的誤差，使重構圖的質量最佳。同時，模擬參考光在重構平面上的方向，定義其中心位置，分析參考光與各坐標軸的角度，得到一系列公式，簡化了參考光方向的設定。