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微光光子计数数字全息方法及实验研究

作　者: 叶丽婷
导　师: 陈钱
学　校: 南京理工大学
专　业: 光学工程
关键词: 数字全息光子计数离轴菲涅尔全息数值再现 MATLAB 图像处理
分类号: O438.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

数字全息技术除了具有光学全息的优点外还具有图像获取快,处理方便等优点,被广泛研究和应用。如果记录目标对光敏感可以采用降低光波强度的方法以减小光波对记录目标和实验结果的影响。用传统的全息记录材料(如全息干板,光聚合物)记录微光照射下的全息图很困难,近年来随着高灵敏,高探测效率光电传感器的发展,提出了光子计数水平的数字全息技术。本文将光子计数技术和数字全息技术结合,实验验证了微光条件下光子计数数字全息的可行性。实验中在离轴全息光路中使用单光子探测器EMCCD和计算机实现全息图像的快速采集,实时观察和数值再现。本文主要分为理论介绍和实验分析两部分。理论部分介绍Fresnel衍射数值计算方法,分析数字全息记录条件,并计算机仿真全息记录和再现过程,对再现像中存在零级光和共轭像的问题采用相关数字图像处理方法提高再现像质量。实验部分,首先介绍实验系统及所用器件；其次在反射式离轴数字全息实验光路中用CCD记录不同积分时间下的全息图像,并通过MATLAB数值再现并分析实验结果；最后在极微弱光照条件下用单光子探测器EMCCD记录不同积分时间的下反射式离轴菲涅尔全息图像,数值计算完成衍射再现过程,对再现结果滤波、增强、去噪处理后,分析实验结果。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-7
1 绪论  7-13
  1.1 全息简介  7-10
    1.1.1 全息发展史  7-8
    1.1.2 数字全息的特点  8-9
    1.1.3 数字全息的应用  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-11
  1.3 背景意义  11
  1.4 论文研究目标及主要内容  11-13
2 衍射理论  13-22
  2.1 二维傅里叶变换和二维卷积  13-14
    2.1.1 直角坐标系下的二维傅里叶变换  13-14
    2.1.2 二维函数卷积  14
  2.2 经典标量衍射理论  14-17
  2.3 衍射计算  17-20
    2.3.1 衍射计算方法  17-18
    2.3.2 Fresnel衍射公式的数值计算  18-20
  2.4 小结  20-22
3 数字全息理论  22-33
  3.1 光学全息理论  22-25
    3.1.1 全息记录  22-23
    3.1.2 全息再现  23-25
  3.2 数字全息理论  25-29
    3.2.1 数字全息的记录  25-28
    3.2.2 数字全息的数值再现  28-29
  3.3 图像处理  29-32
    3.3.1 减平均值法  30
    3.3.2 HRO法  30-31
    3.3.3 频域滤波法  31-32
  3.4 小结  32-33
4 微光器件及单光子探测器  33-42
  4.1 微光器件及其特点介绍  33-35
  4.2 单光子计数探测器  35-37
    4.2.1 单光子计数原理  36
    4.2.2 单光子计数系统组成  36-37
    4.2.3 单光子探测器工作过程  37
  4.3 典型单光子探测器  37-41
    4.3.1 光电倍增管器件  38
    4.3.2 雪崩器件  38-40
    4.3.3 增强光电二极管(IPD)器件  40
    4.3.4 超导器件  40-41
  4.4 EMCCD介绍  41
  4.5 小结  41-42
5 微光实验与分析  42-55
  5.1 实验系统和实验设备介绍  42-45
    5.1.1 实验光路图  42-43
    5.1.2 器件参数  43-45
  5.2 正常光照条件下的数字全息  45-48
    5.2.1 实验系统  46
    5.2.2 实验结果分析  46-48
  5.3 单光子计数微光数字全息实验  48-53
    5.3.1 实验系统  48-50
    5.3.2 实验结果分析  50-53
  5.4 实验结果分析  53
    5.4.1 实验结果总结  53
    5.4.2 EMCCD图像噪声原因分析  53
  5.5 小结  53-55
6. 结束语  55-57
  6.1 工作总结  55
  6.2 未来需要考虑的问题  55-57
致谢  57-58
参考文献  58-60

微光光子计数数字全息方法及实验研究

内容摘要

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