DMD在数字实时全息中的应用

论文摘要

激光实时全息术拥有高精度、高灵敏度、非破坏性、全场性检测等优点,广泛应用于火焰燃烧分析、固体应力分析及振动分析等领域,取得了大量成果。随着科技的发展,研究者将新技术引入激光实时全息术发展成为数字实时全息。数字实时全息是用CCD或CMOS等光电传感器代替传统全息干板记录全息干涉条纹并将记录的全息图储存在计算机上,在计算机上编程再现出物体像及进行图像处理,实现了实时检测物体的变化过程。数字实时全息与传统实时全息相比不受苛刻的实验条件限制,实施简单、快速、灵活,但是数字实时全息的再现过程由计算机编程来完成,受限于计算机的运行速度,达不到很好的实时效果。随着能对光波的空间分布进行调制的空间光调制器(SLM)出现后,人们开始用激光照射SLM,通过实际光线的衍射来再现全息像,特别是数字微反射镜器件(digital micromirror device:DMD),具有高光通量,高衍射效率,高响应速度等优点,广泛应用于全息系统中,论文将DMD应用在数字实时全息的再现过程中,用激光照射DMD,经实际光线衍射来对被记录信息进行再现,即重新用光运算代替电运算,达到了很好的实时效果。为验证基于DMD光场衍射再现的数字实时全息检测系统的可行性,实验部分以蜡烛、电烙铁产生的温度场和有机玻璃板受压产生的应力场为例进行了实时全息检测,通过将DMD再现的干涉像与数字实时全息处理的结果进行对比分析,证明了该方法的可行性,并对DMD分辨率低,镜元尺寸大,所带来的影响进行了分析与讨论,最终通过实验上的调整充分利用了DMD的优点,实现了实时检测场量变化的目的。最后通过与其他实时检测方法的对比,指出了本文所采用的基于DMD光场衍射再现的实时检测系统拥有全数字化优点,有很大的发展前途。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 全息术的发展
• 1.2 数字全息术的发展
• 1.3 数字微反射镜器件
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 全息原理
• 2.1 光学全息术基本原理
• 2.1.1 光波的标量衍射理论
• 2.1.2 光学全息记录与再现
• 2.1.3 同轴全息和离轴全息
• 2.2 全息干涉计量原理
• 2.2.1 单曝光法全息干涉原理
• 2.2.2 双曝光法全息干涉原理
• 2.3 数字实时全息原理
• 2.3.1 数字全息
• 2.3.2 数字全息的基本模型
• 2.3.3 数字全息的再现原理
• 2.3.4 基于DMD的数字实时全息干涉法
• 2.4 数字微镜
• 2.4.1 DMD工作原理
• 2.4.2 DMD再现全息像的衍射成像特性
• 2.4.3 全息图的处理
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于DMD的数字实时全息法实验
• 3.1 实验仪器的介绍
• 3.2 实验过程
• 3.2.1 实验光路的设计
• 3.2.2 实验光路的调节
• 3.2.3 实验过程出现的问题
• 3.3 实验结果
• 3.4 本章小结
• 第四章 实验数据的处理与分析
• 4.1 温度场实验数据处理与分析
• 4.1.1 DMD再现像与数字全息法再现像的对比
• 4.1.2 全息图灰度级对DMD再现像质的影响
• 4.1.3 DMD在电烙铁温度场观测中的应用
• 4.1.4 DMD在傅里叶全息实验中的应用
• 4.2 应力场实验数据处理与分析
• 4.2.1 应力场观测实验的DMD再现像
• 4.2.2 DMD和COMS的分辨率对实验条件的限制
• 4.3 几种实时观测方法的对比
• 4.3.1 实时激光散斑法
• 4.3.2 数字实时全息法
• 4.3.3 基于DMD光场再现的数字实时全息法
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结和展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录