CN102436170A - 一种提高再现图像分辨率的正交偏振全息记录方法 - Google Patents

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Abstract

一种提高再现图像分辨率的正交偏振全息记录方法，如下：由激光器发出的光束经偏振分光棱镜分成两束，调节第一半波片能够改变入射到偏振分光棱镜的光束的偏振方向，基于偏振分光棱镜特性，入射到第二空间滤波器方向的光束偏振态为竖直方向，通过调节第二半波片使入射到第一空间滤波器方向的光束偏振态为水平方向，同时调节第一半波片和第二半波片使竖直方向和为水平方向的两束光强比接近1∶1；由两束偏振态相互垂直的平行光束分别加载物体信息，采用角度-位移复用技术在介质内记录全息图。再现过程中两束物光束同时再现，通过透镜耦合后用CCD相机读出。本发明具有提高再现图像的分辨率的优点。

Description

一种提高再现图像分辨率的正交偏振全息记录方法
技术领域
本发明属于激光全息领域，具体涉及一种利用角度-位移复用技术及偏振互补原理提高存储图像分辨率的全息记录方法。
背景技术
全息技术是利用干涉和衍射原理记录并再现物体强度和相位信息的技术。其第一步是利用干涉原理记录物体光波信息，此为存储过程：一束激光经过物体或信息页面调制后形成物光束；另一束激光作为参考光束入射到存储材料上，和物光束叠加产生干涉，把物光束上的振幅和位相信息转换成在空间上调制的强度，从而利用干涉条纹的形式将物光束的全部信息记录下来。记录的干涉条纹便成为一张全息图；其第二步是利用衍射原理再现物光束的信息，这是成像过程：全息图犹如一个复杂的光栅，在原参考光照射下，原物光方向即可再现物光束的振幅和位相信息。全息图的每一部分都记录了物体上各点的光信息，故原则上它的每一部分都能再现原物的整个图像，通过多次曝光还可以在同一张底片上记录多个不同的图像，而且能互不干扰地分别显示出来。
全息记录过程中由于光场分布不均匀、记录介质均匀性与稳定性缺陷等因素会引起记录图像的部分细节信息缺失，导致再现图像的分辨率降低。图像质量是衡量该技术实用化的决定因素之一，提高存储图像分辨率既可以考虑提高存储介质本身的存储性能，也可以在存储方法上进行改进。
本发明根据全息存储中的角度-位移复用技术，利用正交偏振态的记录信息补偿原理，在介质内同时记录不同偏振态的物体信息，再现过程中对各偏振态信息进行耦合，从而达到提升再现图像分辨率的目的。该技术能够克服单一偏振态记录导致的信息缺失，提高数字全息存储的保真度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可抑制目标信息丢失，提高再现图像分辨率的体全息记录技术。本方法是一种利用角度-位移复用技术及偏振互补原理提高存储图像分辨率的全息记录方法。
本发明的目的是这样实现的，方法如下：
包括激光器(1)、第一半波片(2)、第二半波片(3)、偏振分光棱镜(4)、第一普通分光棱镜(5)、第二普通分光棱镜(6)、第三普通分光棱镜(7)、第一空间滤波器(8)、第二空间滤波器(9)、第一全反射镜(10)、第二全反射镜(11)、第三全反射镜(12)、待记录物体(13)、第一傅里叶透镜(14)、第二傅里叶透镜(15)、第三傅里叶透镜(16)、存储介质(17)、CCD相机(18)、第一准直透镜(19)和第二准直透镜(20)；第一空间滤波器(8)的针孔处于相应的第一准直透镜(19)的焦平面上，第二空间滤波器(8)的针孔处于相应的第二准直透镜(20)的焦平面上；存储介质(17)与第一傅里叶透镜(14)的距离为第一傅里叶透镜(14)的焦距，误差为±3mm；存储介质(17)与第二傅里叶透镜(15)的距离为第二傅里叶透镜(15)的焦距，误差为±3mm；第三傅里叶透镜(16)与CCD相机(18)的位置能够使存储介质(17)内两物光交点位置成像到CCD相机(18)的感光元件上；
激光器(1)发出的光束经偏振分光棱镜(4)分成两束，调节第一半波片(2)能够改变入射到偏振分光棱镜(4)的光束的偏振方向，基于偏振分光棱镜特性，入射到第二空间滤波器(9)方向的光束偏振态为竖直方向，通过调节第二半波片(3)使入射到第一空间滤波器(8)方向的光束偏振态为水平方向，同时调节第一半波片(2)和第二半波片(3)使竖直方向和为水平方向的两束光强比接近1∶1；同时，两束光束分别经第一空间滤波器(8)和第二空间滤波器(9)扩束，经由第一普通分光棱镜(5)的光束分为水平物光(22)与水平参考光(23)；经由第二普通分光棱镜(6)的光束分为竖直物光(21)与竖直参考光(24)，经第二全反射镜(11)反射后的竖直物光(21)与经第三全反射镜(12)反射后的水平物光(22)以夹角θ入射到待记录物体(13)上，然后从待记录物体(13)处加载信息，经其后的第一傅里叶透镜(14)汇聚到存储介质(17)内；水平参考光(23)经第一全反射镜(10)反射后与竖直参考光(24)经第三普通分光棱镜(7)汇集成一束，然后经第二傅里叶透镜(15)聚焦到存储介质(17)内与水平、竖直物光基于角度-位移复用技术记录信息；通过第三普通分光棱镜(7)后合并的参考光作为再现光束读取上述过程记录的信息，使正交偏振的两束物光同时再现；调节第三傅里叶透镜(16)的前后位置使两束再现物光汇聚，从而由CCD相机(18)对两束物光信息耦合再现；所述的夹角θ大于0°小于等于20°。
本发明还有以下技术特征：
1、所述的傅里叶透镜替换为会聚透镜；普通分光棱镜替换为分束镜；
2、所述的存储介质为晶体材料或聚合物材料；
3、所述的第三全反射镜(12)替换为半反半透平面镜(25)。
本发明基于正交偏振记录信息的补偿性原则，在记录介质内采用角度-位移复用技术同时记录两幅全息图，并通过透镜对多偏振态信息进行耦合再现。本发明的方法能够克服单一偏振态信息记录由于材料内部畸变、光强分布不均匀可能导致的信息缺失的缺点，具有提高再现图像的分辨率的优点。
附图说明：
图1是本发明的具体实施例1的基本光路配置图。
图2是本发明的具体实施例4的基本光路配置图。
图3是竖直偏振态所记录图像的傅里叶变换谱。
图4是水平偏振态所记录图像的傅里叶变换谱。
图5是经透镜耦合后再现图像的傅里叶变换谱。
具体实施方式
实施例1：
一种提高再现图像分辨率的正交偏振全息记录方法，如下：各器件放置位置如图1所示，其中包括激光器(1)、第一半波片(2)、第二半波片(3)、偏振分光棱镜(4)、第一普通分光棱镜(5)、第二普通分光棱镜(6)、第三普通分光棱镜(7)、第一空间滤波器(8)、第二空间滤波器(9)、第一全反射镜(10)、第二全反射镜(11)、第三全反射镜(12)、待记录物体(13)、第一傅里叶透镜(14)、第二傅里叶透镜(15)、第三傅里叶透镜(16)、存储介质(17)、CCD相机(18)、第一准直透镜(19)和第二准直透镜(20)；第一空间滤波器(8)的针孔处于相应的第一准直透镜(19)的焦平面上，第二空间滤波器(8)的针孔处于相应的第二准直透镜(20)的焦平面上；存储介质(17)与第一傅里叶透镜(14)的距离为第一傅里叶透镜(14)的焦距，允许误差为±3mm；存储介质(17)与第二傅里叶透镜(15)的距离为第二傅里叶透镜(15)的焦距，允许误差为±3mm；第三傅里叶透镜(16)与CCD相机(18)的位置能够使存储介质(17)内两物光交点位置成像到CCD相机(18)的感光元件上；激光器(1)发出的光束经偏振分光棱镜(4)分成两束，调节第一半波片(2)能够改变入射到偏振分光棱镜(4)的光束的偏振方向，基于偏振分光棱镜特性，入射到第二空间滤波器(9)方向的光束偏振态为竖直方向，通过调节第二半波片(3)使入射到第一空间滤波器(8)方向的光束偏振态为水平方向，同时调节第一半波片(2)和第二半波片(3)使竖直方向和为水平方向的两束光强比接近1∶1；同时，两束光束分别经第一空间滤波器(8)和第二空间滤波器(9)扩束，经由第一普通分光棱镜(5)的光束分为水平物光(22)与水平参考光(23)；经由第二普通分光棱镜(6)的光束分为竖直物光(21)与竖直参考光(24)，经第二全反射镜(11)反射后的竖直物光(21)与第三全反射镜(12)反射后的水平物光(22)以夹角θ入射到待记录物体(13)上，然后从待记录物体(13)处加载信息，经其后的第一傅里叶透镜(14)汇聚到存储介质(17)内；水平参考光(23)经第一全反射镜(10)反射后与竖直参考光(24)经第三普通分光棱镜(7)汇集成一束，然后经第二傅里叶透镜(15)聚焦到存储介质(17)内与水平、竖直物光基于角度-位移复用技术记录信息；通过第三普通分光棱镜(7)后合并的参考光作为再现光束读取上述过程记录的信息，使正交偏振的两束物光同时再现；调节第三傅里叶透镜(16)的前后位置使两束再现物光汇聚，从而由CCD相机(18)对两束物光信息耦合再现；所述的夹角θ为大于0°小于等于20°；所述的存储介质为晶体材料。
实施例2：
一种提高再现图像分辨率的正交偏振全息记录方法，如下：各器件放置位置如图1所示，包括激光器(1)、第一半波片(2)、第二半波片(3)、偏振分光棱镜(4)、第一普通分光棱镜(5)、第二普通分光棱镜(6)、第三普通分光棱镜(7)、第一空间滤波器(8)、第二空间滤波器(9)、第一全反射镜(10)、第二全反射镜(11)、第三全反射镜(12)、待记录物体(13)、第一傅里叶透镜(14)、第二傅里叶透镜(15)、第三傅里叶透镜(16)、存储介质(17)、CCD相机(18)、第一准直透镜(19)和第二准直透镜(20)；第一空间滤波器(8)的针孔处于相应的第一准直透镜(19)的焦平面上，第二空间滤波器(8)的针孔处于相应的第二准直透镜(20)的焦平面上；存储介质(17)与第一傅里叶透镜(14)的距离为第一傅里叶透镜(14)的焦距，允许误差为±3mm；存储介质(17)与第二傅里叶透镜(15)的距离为第二傅里叶透镜(15)的焦距，允许误差为±3mm；第三傅里叶透镜(16)与CCD相机(18)的位置能够使存储介质(17)内两物光交点位置成像到CCD相机(18)的感光元件上；激光器(1)发出的光束经偏振分光棱镜(4)分成两束，调节第一半波片(2)能够改变入射到偏振分光棱镜(4)的光束的偏振方向，基于偏振分光棱镜特性，入射到第二空间滤波器(9)方向的光束偏振态为竖直方向，通过调节第二半波片(3)使入射到第一空间滤波器(8)方向的光束偏振态为水平方向，同时调节第一半波片(2)和第二半波片(3)使竖直方向和为水平方向的两束光强比接近1∶1；同时，两束光束分别经第一空间滤波器(8)和第二空间滤波器(9)扩束，经由第一普通分光棱镜(5)的光束分为水平物光(22)与水平参考光(23)；经由第二普通分光棱镜(6)的光束分为竖直物光(21)与竖直参考光(24)，经第二全反射镜(11)反射后的竖直物光(21)与经第三全反射镜(12)反射后的水平物光(22)以夹角θ入射到待记录物体(13)上，然后从待记录物体(13)处加载信息，经其后的第一傅里叶透镜(14)汇聚到存储介质(17)内；水平参考光(23)经第一全反射镜(10)反射后与竖直参考光(24)经第三普通分光棱镜(7)汇集成一束，然后经第二傅里叶透镜(15)聚焦到存储介质(17)内与水平、竖直物光基于角度-位移复用技术记录信息；通过第三普通分光棱镜(7)后合并的参考光作为再现光束读取上述过程记录的信息，使正交偏振的两束物光同时再现；调节第三傅里叶透镜(16)的前后位置使两束再现物光汇聚，从而由CCD相机(18)对两束物光信息耦合再现；所述的夹角θ为20°；所述的存储介质为聚合物材料。
实施例3：
一种提高再现图像分辨率的正交偏振全息记录方法，如下：包括激光器(1)、第一半波片(2)、第二半波片(3)、偏振分光棱镜(4)、第一分束镜、第二分束镜、第三分束镜、第一空间滤波器(8)、第二空间滤波器(9)、第一全反射镜(10)、第二全反射镜(11)、第三全反射镜(12)、待记录物体(13)、第一会聚透镜、第二会聚透镜、第三会聚透镜、存储介质(17)、CCD相机(18)、第一准直透镜(19)和第二准直透镜(20)；第一空间滤波器(8)的针孔处于相应的第一准直透镜(19)的焦平面上，第二空间滤波器(8)的针孔处于相应的第二准直透镜(20)的焦平面上；存储介质(17)与第一会聚透镜的距离为第一会聚透镜的焦距，允许误差为±3mm；存储介质(17)与第二会聚透镜的距离为第二会聚透镜的焦距，允许误差为±3mm；第三会聚透镜与CCD相机(18)的位置能够使存储介质(17)内两物光交点位置成像到CCD相机(18)的感光元件上；激光器(1)发出的光束经偏振分光棱镜(4)分成两束，调节第一半波片(2)能够改变入射到偏振分光棱镜(4)的光束的偏振方向，基于偏振分光棱镜特性，入射到第二空间滤波器(9)方向的光束偏振态为竖直方向，通过调节第二半波片(3)使入射到第一空间滤波器(8)方向的光束偏振态为水平方向，同时调节第一半波片(2)和第二半波片(3)使竖直方向和为水平方向的两束光强比接近1∶1；同时，两束光束分别经第一空间滤波器(8)和第二空间滤波器(9)扩束，经由第一分束镜的光束分为水平物光(22)与水平参考光(23)；经由第二分束镜的光束分为竖直物光(21)与竖直参考光(24)，经第二全反射镜(11)反射后的竖直物光(21)与经第三全反射镜(12)反射后的水平物光(22)以夹角θ入射到待记录物体(13)上，然后从待记录物体(13)处加载信息，经其后的第一会聚透镜汇聚到存储介质(17)内；水平参考光(23)经第一全反射镜(10)反射后与竖直参考光(24)经第三分束镜汇集成一束，然后经第二会聚透镜聚焦到存储介质(17)内与水平、竖直物光基于角度-位移复用技术记录信息；通过第三分束镜后合并的参考光作为再现光束读取上述过程记录的信息，使正交偏振的两束物光同时再现；调节第三会聚透镜的前后位置使两束再现物光汇聚，从而由CCD相机(18)对两束物光信息耦合再现；所述的夹角θ为3°；所述的存储介质为聚合物材料。
实施例4：
一种提高再现图像分辨率的正交偏振全息记录方法，如下：各器件放置位置如图2所示，其中包括激光器(1)、第一半波片(2)、第二半波片(3)、偏振分光棱镜(4)、第一普通分光棱镜(5)、第二普通分光棱镜(6)、第三普通分光棱镜(7)、第一空间滤波器(8)、第二空间滤波器(9)、第一全反射镜(10)、第二全反射镜(11)、半反半透平面镜(25)、待记录物体(13)、第一傅里叶透镜(14)、第二傅里叶透镜(15)、第三傅里叶透镜(16)、存储介质(17)、CCD相机(18)、第一准直透镜(19)和第二准直透镜(20)；第一空间滤波器(8)的针孔处于相应的第一准直透镜(19)的焦平面上，第二空间滤波器(8)的针孔处于相应的第二准直透镜(20)的焦平面上；存储介质(17)与第一傅里叶透镜(14)的距离为第一傅里叶透镜(14)的焦距，允许误差为±3mm；存储介质(17)与第二傅里叶透镜(15)的距离为第二傅里叶透镜(15)的焦距，允许误差为±3mm；第三傅里叶透镜(16)与CCD相机(18)的位置能够使存储介质(17)内两物光交点位置成像到CCD相机(18)的感光元件上；激光器(1)发出的光束经偏振分光棱镜(4)分成两束，调节第一半波片(2)能够改变入射到偏振分光棱镜(4)的光束的偏振方向，基于偏振分光棱镜特性，入射到第二空间滤波器(9)方向的光束偏振态为竖直方向，通过调节第二半波片(3)使入射到第一空间滤波器(8)方向的光束偏振态为水平方向，同时调节第一半波片(2)和第二半波片(3)使竖直方向和为水平方向的两束光强比接近1∶1；同时，两束光束分别经第一空间滤波器(8)和第二空间滤波器(9)扩束，经由第一普通分光棱镜(5)的光束分为水平物光(22)与水平参考光(23)；经由第二普通分光棱镜(6)的光束分为竖直物光(21)与竖直参考光(24)，经第二全反射镜(11)反射后的竖直物光(21)透过半反半透平面镜(25)后与半反半透平面镜(25)反射的水平物光(22)以夹角θ入射到待记录物体(13)上，然后从待记录物体(13)处加载信息，经其后的第一傅里叶透镜(14)汇聚到存储介质(17)内；水平参考光(23)经第一全反射镜(10)反射后与竖直参考光(24)经第三普通分光棱镜(7)汇集成一束，然后经第二傅里叶透镜(15)聚焦到存储介质(17)内与水平、竖直物光基于角度-位移复用技术记录信息；通过第三普通分光棱镜(7)后合并的参考光作为再现光束读取上述过程记录的信息，使正交偏振的两束物光同时再现；调节第三傅里叶透镜(16)的前后位置使两束再现物光汇聚，从而由CCD相机(18)对两束物光信息耦合再现；所述的夹角θ大于0°小于等于20°；所述的存储介质为晶体材料或聚合物材料。

Claims (4)

1.一种提高再现图像分辨率的正交偏振全息记录方法，其特征在于，方法如下：
包括激光器(1)、第一半波片(2)、第二半波片(3)、偏振分光棱镜(4)、第一普通分光棱镜(5)、第二普通分光棱镜(6)、第三普通分光棱镜(7)、第一空间滤波器(8)、第二空间滤波器(9)、第一全反射镜(10)、第二全反射镜(11)、第三全反射镜(12)、待记录物体(13)、第一傅里叶透镜(14)、第二傅里叶透镜(15)、第三傅里叶透镜(16)、存储介质(17)、CCD相机(18)、第一准直透镜(19)和第二准直透镜(20)；第一空间滤波器(8)的针孔处于相应的第一准直透镜(19)的焦平面上，第二空间滤波器(8)的针孔处于相应的第二准直透镜(20)的焦平面上；存储介质(17)与第一傅里叶透镜(14)的距离为第一傅里叶透镜(14)的焦距，误差为±3mm；存储介质(17)与第二傅里叶透镜(15)的距离为第二傅里叶透镜(15)的焦距，误差为±3mm；第三傅里叶透镜(16)与CCD相机(18)的位置能够使存储介质(17)内两物光交点位置成像到CCD相机(18)的感光元件上；
激光器(1)发出的光束经偏振分光棱镜(4)分成两束，调节第一半波片(2)能够改变入射到偏振分光棱镜(4)的光束的偏振方向，基于偏振分光棱镜特性，入射到第二空间滤波器(9)方向的光束偏振态为竖直方向，通过调节第二半波片(3)使入射到第一空间滤波器(8)方向的光束偏振态为水平方向，同时调节第一半波片(2)和第二半波片(3)使竖直方向和为水平方向的两束光强比接近1∶1；同时，两束光束分别经第一空间滤波器(8)和第二空间滤波器(9)扩束，经由第一普通分光棱镜(5)的光束分为水平物光(22)与水平参考光(23)；经由第二普通分光棱镜(6)的光束分为竖直物光(21)与竖直参考光(24)，经第二全反射镜(11)反射后的竖直物光(21)与经第三全反射镜(12)反射后的水平物光(22)以夹角θ入射到待记录物体(13)上，然后从待记录物体(13)处加载信息，经其后的第一傅里叶透镜(14)汇聚到存储介质(17)内；水平参考光(23)经第一全反射镜(10)反射后与竖直参考光(24)经第三普通分光棱镜(7)汇集成一束，然后经第二傅里叶透镜(15)聚焦到存储介质(17)内与水平、竖直物光基于角度-位移复用技术记录信息；通过第三普通分光棱镜(7)后合并的参考光作为再现光束读取上述过程记录的信息，使正交偏振的两束物光同时再现；调节第三傅里叶透镜(16)的前后位置使两束再现物光汇聚，从而由CCD相机(18)对两束物光信息耦合再现；所述的夹角θ大于0°小于等于20°。
2.根据权利要求1所述的一种提高再现图像分辨率的正交偏振全息记录方法，其特征在于：所述的傅里叶透镜替换为会聚透镜；普通分光棱镜替换为分束镜。
3.根据权利要求1所述的一种提高再现图像分辨率的正交偏振全息记录方法，其特征在于：所述的第三全反射镜(12)替换为半反半透平面镜(25)。
4.根据权利要求1、2、3或4所述的一种提高再现图像分辨率的正交偏振全息记录方法，其特征在于：所述的存储介质为晶体材料或聚合物材料。
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