非相干数字全息自适应波前校正特性研究

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非相干数字全息术可以实现空间非相干光照明或自发光物体的全息图记录与再现,将全息术的应用拓展到了白光、荧光显微等非相干光成像领域。非相干数字全息自适应光学利用了全息图可以完整记录和再现光波场的本质特性来实现对光波前的探测和重建,并结合适当的算法对波前像差进行校正。本文主要研究了采用引导星的非相干数字全息自适应光学(Incoherent digital holographicadaptive optics,IDHAO)技术,研究了引导星的尺寸、位置及系统中位相畸变的类型和位相梯度等参数对波前校正效果的影响。为了提高操作速度,提出了基于引导星的并行IDHAO技术的实验方法。为了克服由于引导星的因素引入的波前探测误差,研究了基于PD算法的IDHAO技术的可行性,及其对于高阶复杂畸变的精确探测和校正特性。  本文首先对非相干相移数字全息图的记录与再现原理做了分析,基于非相干数字全息基本原理,分别对结合了引导星和PD算法的非相干数字全息技术的波前探测和校正基本原理进行了阐述,通过数值仿真和实验研究对影响两种波前校正和再现技术的关键参数展开了分析。采用多项Zernike多项式的组合模拟系统位相畸变,为了验证基于引导星的IDHAO技术波前探测具有大动态范围的优势,在数值仿真中模拟不同类型和梯度的畸变位相,对比分析校正结果,验证了该技术对大动态范围畸变的波前探测优势。实验室中搭建了Michelson干涉仪同轴光路实验装置,研究了限制引导星选择的因素,分析偏离轴中心的引导星全息图对物体全息图校正再现效果,改变输入平面引导星与光轴中心的横向位置,通过对该引导星对物体全息图的校正后的再现像质量分析,明确引导星选择范围大小。通过改变引导星的尺寸,实验记录不同尺寸的引导星的全息图,对比不同尺寸引导星的全息图对物体全息图的波前校正效果,优选出系统引导星的尺寸。为了提高波前探测速度,改进了实验室中分时记录引导星和物体全息图的光路系统,增加一个非相干光源照明引导星,将物体和引导星全息图记录在同一图像中,实现并行波前探测操作,通过数值算法对物体全息图进行校正再现。  研究了基于Phase diversity算法的非相干数字全息自适应光学技术。通过模拟研究了该技术在离焦、像散等不同组合下的位相畸变下的波前探测和校正精度,并定量分析了波前探测误差,数值仿真结果显示,基于Phase diversity算法的非相干数字全息自适应技术对多阶混合下的Zernike多项式位相畸变探测精度高,波前校正效果良好。
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