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近年来,数字全息术飞速发展,该技术是基于光学成像原理在光电耦合器件CCD或者CMOS上记录物体的光场信息的,然后在计算机上经数值再现算法重构出原物光场。若采用高相干性的激光进行记录,会产生散斑噪声,光路中的光学元件的反射也会产生寄生干涉,而非相干数字全息术采用的是非相干光源照明实现干涉记录,克服了这一缺点。作为非相干数字全息术中最引人关注的是菲涅尔非相干相关全息术(FINCH),该技术物参共路,使外界环境的干扰在记录时被有效消除,提高了该装置的实用性能及稳定性能。通过改变空间光调制器(Spatial Light Modulator,SLM)前置的光路能够实现不同功能的成像系统,例如共聚焦显微成像、荧光显微成像、望远成像等。SLM是FINCH成像系统的核心器件,有两方面的作用,一是作为分束器,对入射光波进行振幅分割产生物光波和参考光波,二是作为相移器,在再现过程中结合相移算法完成零级像和共轭像的去除,通过这种方法需要采集多幅全息图,只能对静态物体进行观察与测量,限制其应用范围。同轴数字全息实现单次曝光可以通过改变光路结构实现,但是这一技术在构建与系统调整过程稍显复杂,且会令成本增加,记录元件增多,使其不利于实际应用。也可以利用压缩传感算法(Compressive Sensing,CS)来实现单次曝光,但是CS算法相对复杂,运行程序耗时增加,在高分辨率成像时若采用分块处理还会出现块效应。在近几年的发展中,SLM在数字全息领域的应用越来越广泛,我们利用它的可分区域编码特性对其展开研究,实现FINCH成像单次曝光。本文利用纯相位空间光调制器具有可分区编码调制相位特性,围绕FINCH系统做了如下几方面的分析研究: (1)在波动光学理论基础上推导了全息记录与再现的过程,分析了数字全息和传统全息相比存在的几大优势,并着重分析了同轴数字全息中点扩散函数的数学表达式,如何消除零级项与孪生像的影响。 (2)以非相干数字全息为理论依据,推导FINCH系统的点扩散函数、横向放大率、重建距离等数学表达式,并系统地分析了影响分辨率的主要因素及提高分辨率的方法。 (3)搭建基于FINCH系统的单次曝光实验光路,利用SLM可分区域编码的特性制备掩模,在SLM上加载两种不同形式的掩模实现了单次曝光,第一种是单个光轴同时加载三个相移因子0°、120°、240°的掩模,又从掩模的分布排列情况分析了对成像质量的影响;第二种方法是同时加载0°、120°、240°相位,每一个相位具有一个独立的光轴,所对应在的子全息图在CCD上不重叠,利用简单提取程序将不同相移因子对应的子全息图提取出来,在计算机中利用相移技术及数值模拟重建算法衍射再现。 (4)搭建基于FINCH系统的显微单次曝光实验系统,根据FINCH单次曝光的方法对显微成像单次曝光进行了实验验证。