CN108776427A - 一种采用空间光调制器提高计算全息再现像质的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种采用空间光调制器提高计算全息再现像质的方法。该方法通过由激光器、滤波器、准直透镜、空间光调制器I、空间光调制器II、计算机I、计算机II和接收屏组成的系统来实现。该方法通过驱动面板将计算机生成的整形全息图加载在空间光调制器I上，使激光光源通过滤波单元之后生成的光强分布不均匀的高斯光束变成光强分布均匀的圆光束，利用整形之后的圆光束作为再现光源，照射在加载了再现全息图的空间光调制器II上，实现高质量计算全息再现。

Description

一种采用空间光调制器提高计算全息再现像质的方法

技术领域

本发明属于计算全息显示领域，特别地，本发明涉及一种采用空间光调制器提高计算全息再现像质的方法。

背景技术

随着全息技术的高速发展以及人们对三维成像的要求的提高，计算全息显示作为一种真三维立体显示技术，其全息再现像质成为人们关注的焦点。传统的计算全息通常通过改进全息图算法或者改进光路进行计算全息再现像质的提高，存在光路结构复杂、制作成本昂贵以及适用性较差等问题。由于计算全息再现像质提高受到众多方面因素的限制，人们迫切探求一种从本质上提高全息再现像质的方法。

随着激光技术的发展，光束整形近年来被广泛应用于光镊、激光投影印刷、激光雷达及全息术等领域中。由于光束整形能将激光光束的光强呈现高斯分布整形得到能量分布均匀的激光光束，因此可以从根本因素，即光源，上消除影响计算全息再现像质的噪声，从而提高计算全息再现像质。空间光调制器作为一种电子可编程的器件，可以实现对光波振幅、相位、频率等的调制，被广泛应用于光学测量、模式识别、条纹投影、全息以及动态显示中，利用空间光调制器进行激光整形不仅结构简单，控制迅速，插损小，而且具有实时可控，输出光束质量高等优势。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提出一种采用空间光调制器提高计算全息再现像质的方法，利用空间光调制器相位调制的性能，在空间光调制器上加载高斯光束整形灰度图使激光光源通过扩束器、滤波器和准直透镜之后的光强分布不均匀的高斯光束变成光强分布均匀的圆光束，利用整形之后的圆光束作为再现光源，使得计算全息再现像质具有低噪声、高分辨率等高质量的优点。

本发明提出的一种采用空间光调制器提高计算全息再现像质的方法通过附图1所示的系统来实现，该系统包括：激光器1台，用于提供光源；滤波单元，包括扩束器、滤波器和准直透镜，数量各1个，分别位于激光器之后，并处于同一光轴，用以生成高斯光束；调制单元，包括空间光调制器、驱动面板和计算机，数量各2个，空间光调制器I和空间光调制器II依次位于滤波单元之后，并保证光轴统一，计算机分别连接驱动面板控制空间光调制器I和空间光调制器II，通过计算机控制加载在空间光调制器I上的整形全息图实现高斯光束整形，通过计算机控制加载在空间光调制器II上的目标物体全息图实现在接收屏上的高质量计算全息再现；接收屏1个，位于空间光调制器II的出射光方向，用于接收高质量的再现像。

优选地，激光器、扩束器、滤波器、准直透镜、空间光调制器I、空间光调制器II和接收屏中心处于同一光轴并垂直放在水平面上。

优选地，空间光调制器I和空间光调制器II的型号一致，均为透射式液晶空间光调制器。

优选地，接收屏与空间光调制器II的距离与目标物体全息图中加载数字透镜的焦距相等。

采用空间光调制器提高计算全息再现像质的方法，包括以下几个步骤：

第一步：分析滤波单元后的高斯光束并利用计算机生成光束整形全息图；

第二步：利用驱动面板将生成的光束整形全息图加载到空间光调制器I上；

第三步：使用计算机生成目标场景相位全息图，将目标场景相位全息图与数字透镜灰度图叠加生成再现全息图；

第四步：利用驱动面板将生成的再现全息图加载到空间光调制器II上；

第五步：设定接收屏与空间光调制器II之间的距离，当空间光调制器I和空间光调制器II上加载全息图时，接收高质量的计算全息再现像。

优选地，采用空间光调制器实现光束整形的全息图制作方法如下：首先，利用光栅法和CCD数据采集法测量准直透镜后高斯光束的腰束直径和强度并得到函数g（ξ，η）；其次，以得到的均匀圆光束函数为目标函数利用遗传算法最终得到最佳相位分布Φ(x, y)，并生成光束整形图。

与现有技术相比，本发明具备以下优势：利用两个空间光调制器依次水平排列，通过分析得到的高斯光束生成调制灰度图并加载到空间光调制器I上，对光束进行整形得到光强分布均匀的圆光束；通过空间光调制器II进行再现能够消除因光强分布不均匀引起的再现像噪声，能够有效提高计算全息再现像的质量，且系统简单，易于实施。

附图说明

附图1为本发明的结构示意图。

上述各附图中的图示标号为：

1激光器、2扩束器、3滤波器、4准直透镜、5空间光调制器I、6空间光调制器II、7接收屏、8驱动面板和计算机I、9驱动面板和计算机II。

应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。

具体实施方式

下面详细说明本发明提出的一种采用空间光调制器提高计算全息再现像质的方法的实施例，对本发明进行进一步的描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

本实施例的采用空间光调制器提高计算全息再现像质的方法通过附图1所示的系统来实现，该系统包括红色激光器、扩束器、滤波器、准直透镜、空间光调制器I、空间光调制器II和接收屏，其中，红色激光器发出光束波长为671nm，红色激光器、扩束器、滤波器、空间光调制器I、空间光调制器II和接收屏的中心处于同一水平光轴上，空间光调制器I和空间光调制器II均采用透射式的位相型空间光调制器，分辨率为1024×768，接收屏位于空间光调制器II之后600mm处。

红色激光器发出的光经滤波单元后变为光强分布不均匀高斯光束，调制单元通过在空间光调制器I和空间光调制器II上加载相应的全息图对高斯光束进行调制并进行再现，观看者可以观看到高质量的计算全息再现像。

本实施例的采用空间光调制器提高计算全息再现像质的方法的具体实施过程为：

第一步：利用光栅法和CCD数据采集法测量滤波单元后高斯光束的腰束直径和强度并得到函数g（ξ，η），以得到的均匀圆光束函数为目标函数利用遗传算法最终得到最佳相位分布Φ(x, y)，并生成光束整形全息图；

第二步：利用驱动面板将生成的光束整形全息图加载到空间光调制器I上；

第三步：根据迭代傅里叶算法，使用计算机生成目标场景相位全息图，为保证迭代傅里叶算法的精度，迭代次数为40次，将目标场景相位全息图与焦距为600mm的数字透镜灰度图叠加生成再现全息图；

第四步：利用驱动面板将生成的再现全息图加载到空间光调制器II上；

第五步：设定接收屏与空间光调制器II之间的距离d=600mm，当空间光调制器I和空间光调制器II上加载全息图时，接收高质量的计算全息再现像。

Claims (2)

1.一种采用空间光调制器提高计算全息再现像质的方法通过一个系统来实现，该系统包括激光器1台，扩束器、滤波器和准直透镜各1个，空间光调制器、驱动面板和计算机各2个，接收屏1个；激光器、扩束器、滤波器、准直透镜、空间光调制器I、空间光调制器II和接收屏中心处于同一光轴并垂直放在水平面上，空间光调制器I和空间光调制器II的型号一致，均为透射式液晶空间光调制器，接收屏与空间光调制器II的距离与目标物体全息图中加载数字透镜的焦距相等；采用空间光调制器提高计算全息再现像质的方法，包括以下几个步骤：

第一步：分析滤波单元后的高斯光束并利用计算机生成光束整形全息图；

第二步：利用驱动面板将生成的光束整形全息图加载到空间光调制器I上；

第三步：使用计算机生成目标场景相位全息图，将目标场景相位全息图与数字透镜灰度图叠加生成再现全息图；

第四步：利用驱动面板将生成的再现全息图加载到空间光调制器II上；

第五步：设定接收屏与空间光调制器II之间的距离，当空间光调制器I和空间光调制器II上加载全息图时，接收高质量的计算全息再现像。

2.根据权利要求1所述的一种基于空间光调制器的提高计算全息再现像质的方法，其特征在于，首先，利用光栅法和CCD数据采集法测量准直透镜后高斯光束的腰束直径和强度并得到函数g（ξ，η）；其次，以得到的均匀圆光束函数为目标函数利用遗传算法最终得到最佳相位分布Φ(x, y)，并生成光束整形图。