傅里叶光学论文作业

全息术及空间光调制器的应用空间光调制器是一种能对光波的空间分布进行调制的器件。能对光波的某种或某些特性(例如相位、振幅或强度、频率、偏振态等)的一维或二维分布进行空间和时间的变换或调制。换句话说，其输出光信号是随控制（电的或光的）信号变化的空间和时间的函数。空间光调制器结构的基本特点在于,它是由许多基本的独立单元组成的一维线阵或二维阵列，这些独立单元可以是物理上分割的小单元，也可以是无物理边界的、连续的整体，只是由于器件材料的分辨率和输入图像或信号的空间分辨率有限，而形成的一个一个小单元。这些小单元可以独立地接收光学或电学的输入信号，并利用各种物理效应改变自身的光学特性（相位、振幅、强度、频率或偏振态等），从而实现对输入光波的空间调制或变换。目前研究较为前言的调制器主要有以下几种：半导体量子阱光调制器，半导体量子阱光调制器是把量子阱结构引入到光调制器中形成的一种光调制器，这类通过量子阱能带的剪裁来灵活地控制电子、空穴的波函数分布以及它们在电场下的移动，从而实现更大的折射率改变，达到减小驱动电压和调制器尺寸的最终目的。纳米金属复合结构光调制器：纳米金属复合结构光调制器是一种特殊化合物光调制器，是随着非线性光学的发展而发现的一种非线性光调制器件。这是光通讯学的一个新的方向，可以直接对非线性光进行调制等，更适合现代光学的需要。MEMS 静电驱动器采用垂直梳齿驱动技术，驱动硅微反射镜沿其法线方向的垂直平移运动以实现入射光波的光相变化。基于 LiNb03 的光调制器，基于 LiNb03 的光调制器是一种特殊化合物光调制器，是用于光强调制的一种光调制器，其基本结构下图所示。该调制器的工作原理可以认为是一种干涉状态，具体为：利用 Y 形分支器将输入的光信号分为功率相等的两束，分别通过两路由电光材料制成的光波导传输；此处光波导的折射率随外加电压 V1、V2的变化而变化，两路信号到达第二个 Y 形分支器处的光程差随外加电压的不同而不同。若两束光的相位差为 0 度，则相干加强；若两束光的相位差是 180 度，则相干抵消；在此中间则产生 0%100%的光强信号。因此通过多电压的调制可以产生不同的调制效果。全息术是一种无透镜的两步成像法，首先利用物光波与参考光波的干涉将物光波信息记录到全息干板上，第二步利用参考光波对全息干板的衍射实现物光波的再现。它能在感光胶片上同时记录物体的全部信息，即物体光的振幅和位相。波前记录依据的是干涉原理,物光波和参考光波相干叠加而产生干涉条纹。干涉条纹的反衬度记录了物光波前的振幅分布,干涉条纹的几何特征(包括形状、间距、位置)记录了物光波前的位相分布。就是说,全息图上的强度分布记录了物光波的全部信息-振幅分布和位相分布,它们分别反映了物体的明暗和纵深位置等方面的特征。波前再现的理论依据是衍射原理,再现光经过全息图衍射后出现一个复杂的光波场。全息图的衍射波含有三种主要成分,即物光波,物光波的共轭波,照明光波的直射光波。在现代记录和重现的全息照相装置中,这三种衍射波在空间彼此分离,互不干扰,便于人们用眼睛或镜头去观测物光波的虚像或其共轭波的实像。此外，全息术的工作原理还可以从另外一个角度进行解释，激光全息成像的过程与电学中调幅信号的调制与解调过程有很高的相似性，物光波与参考光波的干涉实现的是虚拟电子乘法器的调制功能，将物体空间信息调制到干涉条纹上，参考光波经过全息干板的衍射实现的是虚拟电子乘法器的解调功能，解调出物光波。整个全息成像过程可视为是通过不同的虚拟“乘法器”完成对物光信息的调制与解调，与由电子元件构成的不同乘法器电路实现调幅信号的调制与解调过程相类似，所不同的是电学中的调制是将低频信息加载到高频载波上，激光干涉全息是借助载波将物体空间信息加载到干涉条纹中。计算全息是建立在数字计算与现代光学的基础上的，传统的全息术是用光学的办法，用干涉记录的方法来制作全息图，计算全息是用计算机编码制作全息图，它可以全面的记录光波的振幅和相位，且噪声低，重复性高，可记录任何甚至不存在的物体的全息图，比光学全息图具有明显优势。利用计算机制造全息图像，只有两种方法，即使用激光打印机或电子束打印机。激光打印机把光线聚焦成一个小点来控制全息图像，其绘制的图像除不能大于25平方毫米外，费用也很昂贵。电子束打印机绘制的图像分辨力虽比激光打印机高，是激光打印机的10倍，但也存在着绘制的图像小、费用昂贵的缺点。新开发出的全息打印机，胜过了上述两种方式，不仅费用低廉，而且能通过计算机绘制最大面积为100120毫米的全息图像，在这个尺寸下的分辨力是12微米，与激光打印机的分辨能力相同。通过进一步的光致还原，其图像的分辨力可以提高到与电子束打印机媲美的程度。这种台式全息打印机是通过重复一系列步骤来打印全息图像的。通过阴极射线管和胶片连续移动，使全息图像的不同部分在胶片上连续曝光，从而打印出全息图像来。其基本工作原理如下：激光器发出激光经反射镜反射，经过快门挡板，其中该快门的闭合由计算机进行编码控制，之后经过半波片再次经过反射镜后经过准直系统，进入偏振分光棱镜，在偏振分光棱镜斜面上反射进入右边的硅基液晶板上（相当于反射式空间光调制器），反射光透过偏振分光棱镜进入全息干板记录计算机中的全息图，于中硅基液晶板中液晶的晶体的折射率信息是由计算机控制的，反应的是计算全息图的信息。这样，计算机中的全息图就通过硅基液晶板中液晶的折射率分布情况复制到全息干板上。数字全息技术是将传统的全息原理与现代图像获取与图像处理技术以及计算机技术相结合的产物它利用CCD等光电探测器件代替传统的记录介质记录全息图,再用数值方法在计算机上再现全息图，数字全息图的记录和再现过程主要分为三个部分：(1)数字全息图的获取：用CCD记录参考光和物光的干涉图样,经图像采集卡模数转换后获取全息图的数字图像,将其存储在计算机中(2)数字全息图的数值再现：此过程完全在计算机上进行,首先,从CCD获得的数字全息图都会受到光电探测器转换的非线性随机噪声等各种因素的影响,因此在全息图的数值再现之前,须对上述因素引起的图像畸变进行补偿消除,即为数字全息图的预处理过程；其次,对预处理后的全息图进行数值再现，其实质是模拟物光在物平面与全息图平面之间的传播过程；最后对数值再现所得图像施加各种数字图像处理操作来改善数值再现图像的质量,以便于人眼观察和满足各种测量的需要(3)再现图像的输出利用CCD代替传统的记录介质拍摄全息图并进行数值再现,省去了光学全息术中必须的曝光、显影、漂白等物理化学处理过程,脱离了对原光路的依附,使再现过程简化,再现周期得以缩短,可望实现测量过程的实时化和现场化;由于引入计算机技术和数字图像处理技术,使全息图的记录数字化,再现过程完全在计算机上进行,因此可以很方便地运用各种算法和图像处理方法,消除畸变、噪声以及记录介质感光特性曲线的非线性等因素带来的不利影响,提高全息图的质量，数值重建的再现像可以直接在计算机上观察;数值再现全息图得到的是物场的复振幅分布,可同时得到物体的振幅和相位信息,从而方便地实现真正意义上的各种复振幅运算和操作。数字全息技术在细小物质的尺寸测量方面也有很大的应用，通过计算在CCD接收的衍射全息图可以得到衍射条纹之间的距离以此来计算出细丝的直径，此外，通过对弗朗和服衍射公式的校正补充，可以测量轴向尺寸存在变化的细丝类物质的直径。参考文献：1 N V Semin1 Application of digital holography to filament size analysis 20102 David J. Brady Comp