搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

两步相移数字全息物光重建误差分析与校正

徐先锋 韩立立 袁红光

引用本文:
Citation:

两步相移数字全息物光重建误差分析与校正

徐先锋, 韩立立, 袁红光

Analysis and correction of object wavefront reconstruction errorsin two-step phase-shifting interferometry

Xu Xian-Feng, Han Li-Li, Yuan Hong-Guang
PDF
导出引用
  • 系统研究了两步相移数字全息干涉术中相移误差引起的波前再现误差的计算和校正方法. 基于衍射物光相位分布的随机性和振幅相位的相互独立性原理,介绍了相移数字全息中物光波前再现误差的表达形式,推导出步长为/2的两步算法中物光重建误差的表达式. 通过进一步分析这一重建误差的结构和特点,结合物光表达式,给出了自动校正相移误差引起的波前重建误差的校正方法. 该方法无需增加测量,在未知相移误差大小的情况下,只对标准两步相移算法恢复的物光复振幅进行处理就可以实现对物光振幅和相位的同时校正. 计算机模拟结果表明,校正后可将
    The method of calculating and correcting object wave reconstruction errors caused by phase shift errors in two-step phase-shifting interferometry is studied systematically. Based on the principle of random distribution and the amplitude-phase independence of diffractive object wave, the expression of objective wave reconstruction error is introduced and the formula for that in the two-step standard algorithm is deduced. The automatic error correction method is suggested by further analyzing the structures, the characters of those errors caused by phase shift errors, and the objective expression. By the proposed method, the reconstructive amplitude and phase errors can be corrected at the same time through simple operation on the objective complex amplitude reconstructed by the standard two-step method without the additional measurement or the acknowledge of phase shift. The computer simulations are carried out to verify the effectiveness of this method, and the results show that the method is robust and reduces the effect of phase shift error on object wave-front reconstruction by about 2 orders of magnitude. Optical experiments also indicate that this method is effective and efficient.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:60977006,60777008)、中央高等学校基本科研基金(批准号:09CX04002A)和山东省自然科学基金(批准号:ZR2009GM016)资助的课题.
    [1]

    Goodman J W, Lawrence R W 1967 Appl. Phys. Lett.11 77

    [2]

    Li J C, Zhang Y P, Xu W 2009 Acta Phys. Sin. 58 5385(in Chinese)[李俊昌、张亚萍、许 蔚 2009 58 5385]

    [3]
    [4]

    Zhong L Y, Zhang Y M, L X X, Qian X F, Xong B H 2004 Acta Opt. Sin. 24 465 (in Chinese)[钟丽云、张以谟、吕晓旭、钱晓凡、熊秉衡 2004 光学学报 24 465]

    [5]
    [6]
    [7]

    Hu H F, Wang X L, Li Z L, Zhang N, Zhai H C 2009 Acta Phys. Sin. 58 7662 (in Chinese)[胡浩丰、王晓雷、李智磊、张 楠、翟宏琛 2009 58 7662]

    [8]

    Leith E N, Upatnieks J 1962 J. Opt. Soc. A 52 1123

    [9]
    [10]

    Yamaguchi I, Zhang T 1997 Opt. Lett. 22 1268

    [11]
    [12]
    [13]

    Patil A, Raphael B, Rastogi P 2004 Opt. Lett. 29 1381

    [14]
    [15]

    Langoju R, Patil A, Rastogi P 2007 Appl. Opt. 46 8007

    [16]
    [17]

    Greivenkamp J E 1984 Opt. Eng. 23 350

    [18]
    [19]

    Cai L Z, Liu Q, Yang X L 2003 Opt. Lett. 28 1808

    [20]

    Cai L Z, Liu Q, Yang X L 2004 Opt. Lett. 29 183

    [21]
    [22]

    Guo H W, Yu Y J, Chen M Y 2007 J. Opt. Soc. Am. A 24 25

    [23]
    [24]

    Xu X F, Cai L Z, Meng X F, Dong G Y, Shen X X 2006 Opt. Lett. 31 1966

    [25]
    [26]

    Brophy C P 1990 J. Opt. Soc. Am. A 7 537

    [27]
    [28]
    [29]

    Han C, Han B 2006 Appl. Opt. 45 1124

    [30]

    Xu X F, Cai L Z, Wang Y R, Meng X F, Cheng X C, Zhang H, Dong G Y, Shen X X 2008 J. Opt. A 10 085008

    [31]
    [32]

    Cai L Z, Liu Q, Yang X L 2004 Opt. Commun. 233 21

    [33]
    [34]

    Guo C S, Zhang L, Wang H T, Liao J, Zhu Y Y 2002 Opt. Lett. 27 1687

    [35]
    [36]

    Zhang S 2006 Opt. Commun. 268 231

    [37]
    [38]

    Xu X F, Cai L Z, Wang Y R, Yang X L, Meng X F, Dong G Y, Shen X X, Zhang H 2007 Appl. Phys. Lett. 90 121124

    [39]
    [40]
    [41]

    Xu X F, Cai L Z, Wang Y R, Meng X F, Sun W J, Zhang H, Cheng X C, Dong G Y, Shen X X 2008 Opt. Lett. 33 776

    [42]

    Meng X F, Cai L Z, Wang Y R, Peng X 2009 Acta Phys. Sin. 58 1668 (in Chinese) [孟祥锋、蔡履中、王玉荣、鹏 翔 2009 58 1668]

    [43]
    [44]

    Cai L Z, Liu Q, Yang X L 2005 J. Mod. Opt. 52 45

    [45]
    [46]
    [47]

    Gao P, Yao B L, Lindlein N, Mantel K, Harder I, Geist E 2009 Opt. Lett. 34 3553

    [48]

    Xu X F, Cai L Z, Wang Y R, Li D L 2010 Chin. Phys. Lett. 27 024215

    [49]
    [50]
    [51]

    Xu X F, Cai L Z, Wang Y R, Yan R S 2010 J. Opt. A 12 015301

  • [1]

    Goodman J W, Lawrence R W 1967 Appl. Phys. Lett.11 77

    [2]

    Li J C, Zhang Y P, Xu W 2009 Acta Phys. Sin. 58 5385(in Chinese)[李俊昌、张亚萍、许 蔚 2009 58 5385]

    [3]
    [4]

    Zhong L Y, Zhang Y M, L X X, Qian X F, Xong B H 2004 Acta Opt. Sin. 24 465 (in Chinese)[钟丽云、张以谟、吕晓旭、钱晓凡、熊秉衡 2004 光学学报 24 465]

    [5]
    [6]
    [7]

    Hu H F, Wang X L, Li Z L, Zhang N, Zhai H C 2009 Acta Phys. Sin. 58 7662 (in Chinese)[胡浩丰、王晓雷、李智磊、张 楠、翟宏琛 2009 58 7662]

    [8]

    Leith E N, Upatnieks J 1962 J. Opt. Soc. A 52 1123

    [9]
    [10]

    Yamaguchi I, Zhang T 1997 Opt. Lett. 22 1268

    [11]
    [12]
    [13]

    Patil A, Raphael B, Rastogi P 2004 Opt. Lett. 29 1381

    [14]
    [15]

    Langoju R, Patil A, Rastogi P 2007 Appl. Opt. 46 8007

    [16]
    [17]

    Greivenkamp J E 1984 Opt. Eng. 23 350

    [18]
    [19]

    Cai L Z, Liu Q, Yang X L 2003 Opt. Lett. 28 1808

    [20]

    Cai L Z, Liu Q, Yang X L 2004 Opt. Lett. 29 183

    [21]
    [22]

    Guo H W, Yu Y J, Chen M Y 2007 J. Opt. Soc. Am. A 24 25

    [23]
    [24]

    Xu X F, Cai L Z, Meng X F, Dong G Y, Shen X X 2006 Opt. Lett. 31 1966

    [25]
    [26]

    Brophy C P 1990 J. Opt. Soc. Am. A 7 537

    [27]
    [28]
    [29]

    Han C, Han B 2006 Appl. Opt. 45 1124

    [30]

    Xu X F, Cai L Z, Wang Y R, Meng X F, Cheng X C, Zhang H, Dong G Y, Shen X X 2008 J. Opt. A 10 085008

    [31]
    [32]

    Cai L Z, Liu Q, Yang X L 2004 Opt. Commun. 233 21

    [33]
    [34]

    Guo C S, Zhang L, Wang H T, Liao J, Zhu Y Y 2002 Opt. Lett. 27 1687

    [35]
    [36]

    Zhang S 2006 Opt. Commun. 268 231

    [37]
    [38]

    Xu X F, Cai L Z, Wang Y R, Yang X L, Meng X F, Dong G Y, Shen X X, Zhang H 2007 Appl. Phys. Lett. 90 121124

    [39]
    [40]
    [41]

    Xu X F, Cai L Z, Wang Y R, Meng X F, Sun W J, Zhang H, Cheng X C, Dong G Y, Shen X X 2008 Opt. Lett. 33 776

    [42]

    Meng X F, Cai L Z, Wang Y R, Peng X 2009 Acta Phys. Sin. 58 1668 (in Chinese) [孟祥锋、蔡履中、王玉荣、鹏 翔 2009 58 1668]

    [43]
    [44]

    Cai L Z, Liu Q, Yang X L 2005 J. Mod. Opt. 52 45

    [45]
    [46]
    [47]

    Gao P, Yao B L, Lindlein N, Mantel K, Harder I, Geist E 2009 Opt. Lett. 34 3553

    [48]

    Xu X F, Cai L Z, Wang Y R, Li D L 2010 Chin. Phys. Lett. 27 024215

    [49]
    [50]
    [51]

    Xu X F, Cai L Z, Wang Y R, Yan R S 2010 J. Opt. A 12 015301

  • [1] 钟志, 赵婉婷, 单明广, 刘磊. 远心同-离轴混合数字全息高分辨率重建方法.  , 2021, 70(15): 154202. doi: 10.7498/aps.70.20210190
    [2] 张益溢, 吴佳琛, 郝然, 金尚忠, 曹良才. 基于数字全息的血红细胞显微成像技术.  , 2020, 69(16): 164201. doi: 10.7498/aps.69.20200357
    [3] 王雪光, 李明, 于娜娜, 席思星, 王晓雷, 郎利影. 基于空间角度复用和双随机相位的多图像光学加密方法.  , 2019, 68(24): 240503. doi: 10.7498/aps.68.20191362
    [4] 谢静, 张军勇, 岳阳, 张艳丽. 卢卡斯光子筛的聚焦特性研究.  , 2018, 67(10): 104201. doi: 10.7498/aps.67.20172260
    [5] 周宏强, 万玉红, 满天龙. 基于位相变更的非相干数字全息自适应成像.  , 2018, 67(4): 044202. doi: 10.7498/aps.67.20172202
    [6] 谷婷婷, 黄素娟, 闫成, 缪庄, 常征, 王廷云. 基于数字全息图的光纤折射率测量研究.  , 2015, 64(6): 064204. doi: 10.7498/aps.64.064204
    [7] 石炳川, 朱竹青, 王晓雷, 席思星, 贡丽萍. 像面数字全息的重建相位误差分析和改善.  , 2014, 63(24): 244201. doi: 10.7498/aps.63.244201
    [8] 王大勇, 王云新, 郭莎, 戎路, 张亦卓. 基于多角度无透镜傅里叶变换数字全息的散斑噪声抑制成像研究.  , 2014, 63(15): 154205. doi: 10.7498/aps.63.154205
    [9] 王林, 袁操今, 聂守平, 李重光, 张慧力, 赵应春, 张秀英, 冯少彤. 数字全息术测定涡旋光束拓扑电荷数.  , 2014, 63(24): 244202. doi: 10.7498/aps.63.244202
    [10] 卢明峰, 吴坚, 郑明. 数字全息周期像的产生机理及在抑制零级衍射上的应用.  , 2013, 62(9): 094207. doi: 10.7498/aps.62.094207
    [11] 李俊昌, 楼宇丽, 桂进斌, 彭祖杰, 宋庆和. 数字全息图取样模型的简化研究.  , 2013, 62(12): 124203. doi: 10.7498/aps.62.124203
    [12] 马骏, 袁操今, 冯少彤, 聂守平. 基于数字全息及复用技术的全场偏振态测试方法.  , 2013, 62(22): 224204. doi: 10.7498/aps.62.224204
    [13] 陈萍, 唐志列, 王娟, 付晓娣, 陈飞虎. 用Stokes参量法实现数字同轴偏振全息的研究.  , 2012, 61(10): 104202. doi: 10.7498/aps.61.104202
    [14] 范德胜, 孟祥锋, 杨修伦, 王玉荣, 彭翔, 何文奇. 基于相移干涉术的光学信息隐藏系统的软件实现.  , 2012, 61(24): 244204. doi: 10.7498/aps.61.244204
    [15] 李俊昌. 数字全息重建图像的焦深研究.  , 2012, 61(13): 134203. doi: 10.7498/aps.61.134203
    [16] 崔华坤, 王大勇, 王云新, 刘长庚, 赵洁, 李艳. 无透镜傅里叶变换数字全息术中非共面误差的自动补偿算法.  , 2011, 60(4): 044201. doi: 10.7498/aps.60.044201
    [17] 孟祥锋, 彭翔, 蔡履中, 何文奇, 秦琬, 郭继平, 李阿蒙. 优化的两步相移算法在图像加密中的应用研究.  , 2010, 59(9): 6118-6124. doi: 10.7498/aps.59.6118
    [18] 孟祥锋, 蔡履中, 王玉荣, 彭翔. 两步广义相移干涉术的光学实验验证.  , 2009, 58(3): 1668-1674. doi: 10.7498/aps.58.1668
    [19] 李俊昌, 张亚萍, 许蔚. 高质量数字全息波面重建系统研究.  , 2009, 58(8): 5385-5391. doi: 10.7498/aps.58.5385
    [20] 申金媛, 李现国, 常胜江, 张延炘. 相位特征在三维物体识别中的应用.  , 2005, 54(11): 5157-5163. doi: 10.7498/aps.54.5157
计量
  • 文章访问数:  7630
  • PDF下载量:  1100
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2010-08-27
  • 修回日期:  2011-01-27
  • 刊出日期:  2011-04-05

/

返回文章
返回
Baidu
map