基于卷积可解阵列抽样的波前检测和衍射成像研究-光学专业论文.docxVIP

PAGE PAGE 3 PAGE PAGE 4 单位代码 10445 学 号 2008020892 分 类 号 O438 硕 士 学 位 论 文 论 文 题 目：基于卷积可解阵列抽样的波前检测和 衍射成像研究 学科专业名称 光学 申 请 人 姓 名 梁坤 导 师 姓 名 国承山 教授 论文提交时间 2010 年 月 日 独 创 声 明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 （注：如没 有其他需要特别声明的，本栏可空）或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示谢意。 学位论文作者签名： 导师签字： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 学校 有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅。本人授权 学校 可以将学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存、汇编学位论文。（必威体育官网网址的学位论文在解密后适用本授权书） 学位论文作者签名： 导师签字： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日 山东师范大学硕士学位论文 山东师范大学硕士学位论文 山东师范大学硕士学位论文 山东师范大学硕士学位论文 目录 中文摘要 I Abstract III 第一章 综述 1 §1.1 波前检测技术研究背景1 §1.2 波前检测技术发展历史2 §1.3 本论文的工作5 第二章 基于抽样的波前检测技术 7 §2.1 夏克-哈特曼传感器 7 §2.1.1 夏克-哈特曼传感器基本原理8 §2.1.2 夏克-哈特曼传感器波前检测过程9 §2.1.2 小结13 §2.2 基于整函数的阵列孔径抽样相位恢复算法 13 §2.2.1 基本原理14 §2.2.2 计算机模拟研究19 §2.3.3 小结20 §2.3 两种抽样方法的比较20 第三章 基于卷积可解阵列抽样的波前检测技术 22 §3.1 引言22 §3.2 衍射理论简介23 §3.2.1 菲涅耳衍射（近场衍射）23 §3.2.2 夫琅和费衍射（远场衍射）24 §3.3Whittaker-shannon 抽样定理 25 §3.4 基于卷积可解抽样阵列的波前检测基本原理 27 §3.5 计算机模拟及分析31 §3.5.1 计算机模拟结果31 §3.5.2 衍射距离和成像周期的分析32 §3.6 实验结果34 §3.6.1 二维物体衍射成像34 §3.6.2 纯相位物体波前测量36 §3.7 小结38 第四章 CCD 孔径和测量针孔孔径对成像质量的影响 39 §4.1 孔径效应理论分析39 §4.1.1 理论分析39 §4.1.2 计算机模拟研究40 §4.3 测量针孔大小对测量结果的影响42 §4.4 小结45 第五章 总结 45 §5.1 本论文的主要工作45 §5.2 拟进一步开展的工作46 攻读硕士学位期间发表的文章 53 致 谢 54 I I PAGE PAGE IV 基于卷积可解阵列抽样的波前检测和衍射成像研究 中文摘要 光波前信息包括光的相位信息和振幅信息，振幅信息代表光波的强度信息， 而波面形状取决于光波的相位信息。虽然光学记录介质有了很好的发展，但是普 通的记录介质只能记录光波的强度信息，而不能记录其相位信息。快速准确地从 所记录的光场强度图样中将待测光波波前的相位信息检测或恢复出来一直是现 代光学多个研究领域需要解决的一个关键问题。因此研究各种相位恢复算法成为 这一领域的主要课题。并且，由于波动现象的普遍性，波前相位信息的检测不仅 仅是一个光学问题，也是物理学其他许多研究领域所关注的一个重要问题。特别 是随着基于波前相位恢复的无透镜衍射成像技术用于极紫外或 X 射线相衬成像 研究的迅速开展，适用于不同应用环境和波长的快速波前检测或相位恢复技术已 经成为该研究领域的一个前沿和热点研究内容。 历史上有很多相位恢复的方法，如全息法、夏克-哈特曼传感器等，但是这 些方法要么需要大量的计算过程，要么需要特殊的条件限制，对于动态实时检测 有很大的局限性。 . 在本文中，分别做了如下几个方面的工作： 1.对波前检测技术进行了简要介绍，总结和概述了波前检测技术的发展历史 和研究现状。 2.对近些年来发展的几种波前检测和相位恢复方法进行了系统归纳。重点介 绍了基于抽样测量的波前检测技术，如夏克-哈特曼传感器、基于整函数的非迭 代相位恢复方法等。 3.系统介绍了基于卷积可解阵列抽样的检测系统的基本原理，使衍射光场通 过一个特殊设计的多针孔阵列，通过简单