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本课题是对邻面入射体全息成像特性的理论研究。体全息成像系统是采用体全息光栅作为透镜的成像系统,通过信号光与参考光在光敏的、厚的记录介质内干涉,制成体全息光栅。将体全息光栅作为成像透镜安置于成像系统中,当光照再现成像时,体全息光栅衍射的布拉格匹配条件决定了在参考光波位置附近的入射照明光波能够衍射成像、并被探测器检测到,探测器记录到的衍射场强度分布,就是体全息系统所成的图像。由于体全息光栅具有布拉格选择性,使得体全息成像系统可以利用深度分层实现三维衍射成像,由此可确定三维物体的空间位置以及光谱信息。体全息成像技术在光学存储、军事侦察、医学诊断、国家安全及生产检测等高端成像领域有很好的应用前景。
本论文对90°邻面入射体全息成像系统的三维实时成像特性进行了研究。以一束球面信号光波和一束平面参考光波以90°邻面入射,记录体全息光栅;成像读出时,以原球面信号光源作为探测光源进行成像再现。
首先,本文详细阐述了体全息透镜的原理、制作方案。根据体全息原理,定义以点源经体全息光栅衍射后的衍射光强度的分布|Ed(x’,y’;xp,yp,zp)|2作为体全息光栅透镜成像系统的强度点扩散函数(Point Spread Function)简称PSF,用来评价成像系统的分辨率。当探测点光源在沿x、y、z轴方向偏移体全息光栅记录中的参考位置时,通过计算机数值仿真,从理论上分析体全息光栅透成像系统的衍射成像特性。
研究结果表明,当探测点光源沿z轴方向偏离体全息记录的参考点源位置时,衍射光的中心强度随着偏移量的增加迅速减弱,衍射光的成像面积随着偏移量的增加逐渐增加,即衍射成像光分布不再为理想成像点,而是在成像面上呈现扩展分布。
其次,本文中采用了两种方法评价体全息成像系统的分辨率。一、通过数值仿真体全息光栅成像系统的归一化的强度点扩散函数,得到总光强的半高宽,将此半高宽来确定为系统的横向和深度分辨率;二、由于成像光斑中心点的强度在变化,当中心点的强度从最大变为第一次为零时,此时探测点光源位置偏移量确定为系统的深度分辨率。并分析了体全息系统的深度分辨率与工作距离和记录介质孔径的关系。
最后,我们介绍了透射光栅成像系统,并对透射光栅和90°邻面入射光栅的成像特性做了比较,分析了它们的异同。