導讀：非相干數(shù)字全息技術(shù)結(jié)合了全息技術(shù)、光電技術(shù)與計算機技術(shù)，有望實現(xiàn)高質(zhì)量成像，而實際的非相干數(shù)字全息成像系統(tǒng)可實現(xiàn)的分辨率仍然較低，限制了該技術(shù)的進一步應用。鄭州大學物理學院（微電子學院）杜艷麗副教授等提出了一種采用結(jié)構(gòu)光照明的邁克爾遜非相干數(shù)字全息成像系統(tǒng)，從仿真和實驗方面證明了該方法可以有效提高非相干數(shù)字成像系統(tǒng)的分辨率。

非相干數(shù)字全息術(shù)

光學成像技術(shù)是人類觀察探測世界的重要工具，也成為科學研究的熱點內(nèi)容之一。其中，非相干全息術(shù)通過利用非相干光源照明物體（或自發(fā)光物體）可以形成同源光波，分束干涉后記錄為點源全息圖的集合，能夠產(chǎn)生一個二維干涉圖樣的強度分布，實現(xiàn)對原始圖像三維信息的記錄。非相干數(shù)字全息術(shù)結(jié)合了非相干全息術(shù)、光電技術(shù)與計算機技術(shù)，能通過圖像傳感器CCD或CMOS等元件記錄全息圖，利用計算機數(shù)值模擬光學衍射過程再現(xiàn)全息圖，并能與多種圖像處理技術(shù)結(jié)合實現(xiàn)高質(zhì)量成像。該技術(shù)避免了相干成像系統(tǒng)中的邊緣偽影、散斑噪聲、成像依賴相干光源等問題，因此在過去的十幾年間被廣泛研究。

然而由于存在衍射現(xiàn)象，非相干數(shù)字全息術(shù)系統(tǒng)的分辨率受到數(shù)值孔徑（Numerical Aperture，NA）的限制，只有物體光譜的低頻部分能被傳輸和記錄，相應的重建圖像在頻域中受頻帶限制。同時，任何電子設(shè)備都不能達到光學全息中感光材料的高分辨率（高達5000 lp/mm）。所以在大多數(shù)情況下，該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)的分辨率太低，不適合實際應用。

目前已有以下兩種解決方案：

1.合成孔徑技術(shù)

通過平移CCD、旋轉(zhuǎn)物體或多光束照明來記錄不同位置的全息圖再將其組合來增加NA。該技術(shù)的實現(xiàn)一般依賴于高精度的壓電陶瓷位移裝置，成本較高且易受外部環(huán)境影響導致成像系統(tǒng)出現(xiàn)不規(guī)則抖動。

2.光柵技術(shù)

通過在記錄裝置中插入衍射光柵將高頻部分重新導向記錄設(shè)備；尤其是基于空間光調(diào)制器（Spacial Light Modulator，SLM）的結(jié)構(gòu)光照明技術(shù)，結(jié)構(gòu)光照明技術(shù)作為一種超分辨率成像技術(shù)，能突破系統(tǒng)的衍射極限，顯著提高成像系統(tǒng)的分辨率。通過在SLM上加載不同的掩�？梢詫崿F(xiàn)不同方向的結(jié)構(gòu)光照明，因此該方法在熒光顯微、全息成像、三維顯示等方面得到了廣泛應用。

文章摘要：

1.提出了一種采用結(jié)構(gòu)光照明的邁克爾遜非相干數(shù)字全息成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用空間光調(diào)制器SLM實現(xiàn)水平和豎直方向的余弦光柵照明模式，以提高成像系統(tǒng)的橫向分辨率。

2.對系統(tǒng)進行了仿真成像和數(shù)值重建，證明了該方法可以有效提高非相干數(shù)字全息系統(tǒng)的分辨率。

3.搭建了相應的非相干光數(shù)字全息成像系統(tǒng)，對上述方法適用性進行了實驗驗證。

原理分析

圖1.結(jié)構(gòu)光照明基于邁克爾遜干涉儀的非相干自干涉數(shù)字全息系統(tǒng)