本發明屬于全息術領域，具體涉及一種采用頻域濾波的激光全息直接打印裝置和方法。

背景技術：

計算機得到的計算全息干涉條紋加載到空間光調制器后，通過孔徑光闌濾出所需要的衍射級次，并通過雙遠心鏡頭微縮系統進行縮微，將干涉條紋分塊逐次打印到全息記錄介質上的技術稱為激光全息直接打印技術。這種采用孔徑光闌直接濾波的方法需要采用較大尺寸的光闌，系統體積大，不方便系統集成；同時由于干涉條紋未經過透鏡進行頻譜分離而直接經過孔徑光闌進行濾波，所以在孔徑光闌的光孔邊緣會發生衍射現象，不能較好濾出需要的衍射級次，導致全息圖再現質量的下降，甚至無法再現原物。

全息圖的再現效果與全息記錄介質上干涉條紋分布密切相關，打印過程中應當極力避免與再現像無關的干涉條紋出現在全息記錄介質上。長期以來，人們對激光全息直接打印系統進行了很多改進，提出了一種提高全息再現像的視覺效果并且再現像成像位置和大小可調節的方法，先加載閃耀光柵到純相位全息圖，其次通過疊加會聚球面波相位，分離再現像與空間光調制器像素結構引起的多級衍射光的聚焦平面的位置，再利用光闌和高通濾波器的共同作用，消除高級衍射光、多級再現像以及零級光干擾對重構視覺效果的影響(沈川等，基于像素結構空間光調制器的全息再現像問題研究，光學學報，0309001，2011)，本發明與之相比，裝置更為簡單，而且采用雙遠心鏡頭進行縮微以及運用位移平臺進行分塊打印。還有目前采用的全息波前打印方法，讓再現像的頻譜通過帶通濾波器，在記錄介質后面引入參考光與物光波發生干涉，記錄其反射全息圖(takeshiyamaguchi，volumehologramprintertorecordthewavefrontofthree-dimensionalobjects，opticalengineering，075802，2012)，本發明采用的是激光全息直接打印，不需要再引入參考光，簡化了實驗裝置。

本發明提出一種采用頻域濾波的激光全息直接打印裝置和方法，用4f系統和帶通濾波器對干涉條紋進行過濾，可很好的過濾掉高級衍射像，提高全息圖的再現質量，運用雙遠心鏡頭進行縮微記錄，以及用計算機控制位移平臺在水平向和高低向精確移動，完成全息圖的激光直寫打印。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種采用頻域濾波的激光全息直接打印裝置和方法，以避免高級衍射像對全息圖再現的影響，同時運用雙遠心鏡頭進行縮微記錄，以及用計算機控制位移平臺在水平向和高低向精確移動，完成全息圖的激光直寫打印，提高全息圖的再現質量。

本發明的特征在于，采用頻域濾波的激光全息直接打印裝置，至少含有光源、擴束準直鏡、平面反射鏡、空間光調制器、第一透鏡、帶通濾波器、第二透鏡、雙遠心鏡頭、全息記錄干板、位移平臺和計算機。其中，計算機既向空間光調制器加載圖像，又向位移平臺傳遞控制信號。空間光調制器在第一透鏡的前焦面處，帶通濾波器在第一透鏡的后焦面和第二透鏡的前焦面處，全息記錄介質在雙遠心鏡頭的清晰成像面處并固定在位移平臺上，空間光調制器在第一透鏡的前焦面處，帶通濾波器在第一透鏡的后焦面和第二透鏡的前焦面處，所屬空間光調制器、第一透鏡、帶通濾波器、第二透鏡構成4f系統。帶通濾波器可以過濾掉高級衍射像，讓中央衍射像通過雙遠心鏡頭進行微縮傳遞到全息記錄介質上，以及用計算機控制位移平臺進行分塊打印。

采用該裝置，完成激光全息直接打印的方法為：利用計算機將一圖像加載至空間光調制器，光源產生光束，經擴束準直鏡擴束準直后，調節平面反射鏡的角度，使該光束照射空間光調制器，空間光調制器將會產生圖像的多級衍射像，在第一透鏡后焦面上得到多級衍射像的頻譜，在該頻譜面放置帶通濾波器，僅可通過中央級衍射像的頻譜；帶通濾波器同時位于第二透鏡的前焦面上，在第二透鏡后焦面上再現出中央級次的像，再經過雙遠心鏡頭微縮圖像至全息記錄介質，得到全息單元，全息記錄介質可跟隨位移平臺在水平向和高低向精確移動，完成全息圖的激光直寫打印。

本發明提供的采用頻域濾波的激光全息直接打印裝置結構簡單，打印方法準確高效。

附圖說明

實施例圖：

本發明提供的采用頻域濾波的激光全息直接打印裝置和方法的附圖有2個

圖1采用頻域濾波的激光全息直接打印裝置和方法的第一個實施例的結構示意圖。

圖2采用頻域濾波的激光全息直接打印裝置和方法的第二個實施例的結構示意圖。

圖1～2中，(1)-光源，(2)-擴束準直鏡，(3)-平面反射鏡，(4)-空間光調制器，(5)-第一透鏡，(6)-帶通濾波器，(7)-第二透鏡，(8)-雙遠心鏡頭，(9)-全息記錄介質，(10)-位移平臺，(11)-計算機。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明“采用頻域濾波的激光全息直接打印裝置和方法”實施方式作進一步地詳細描述。

圖1為本發明提供的采用頻域濾波的激光全息直接打印裝置和方法的實施例的結構示意圖，包括光源(1)，擴束準直鏡(2)，平面反射鏡(3)、空間光調制器(4)，第一透鏡(5)，帶通濾波器(6)，第二透鏡(7)，雙遠心鏡頭(8)，全息記錄介質(9)，位移平臺(10)，計算機(11)。

在該實施例中，光源(1)選擇單色紅光激光光源，該光源產生光束后，經擴束準直鏡(2)擴束準直后，調節平面反射鏡(3)的角度，使該光束照射空間光調節器(4)。利用計算機將一全息干涉條紋加載至空間光調制器(4)，空間光調制器(4)將會產生圖像的多級衍射像。

空間光調制器的像素數為m×m，像素間距為δd，像素活動區的邊長為d，則空間光調制器的透射率函數可以表示為：

(1)式中rect為矩形函數。

其中a(x，y)為slm的孔徑函數，為加載到slm的活動區的相位分布，為slm的非活動區(死區)引起的常量相位偏移，表示卷積運算。

經過第一透鏡時，重構平面的復振幅分布t(u，v)是slm的透射率函數t(x，y)的傅里葉變換，可表示為

(5)式中

a(u，v)＝f{a(x，y)}(6)

w(u，v)＝{d²sinc(ud，vd)q(u，v)+[δd²sinc(uδd，vδd)-d²sinc(ud，vd)]p(u，v)}(8)

其中f{}表示傅里葉變換，二維函數q(u，v)表示經過采樣的相位全息圖的傅里葉變換，表示采樣間隔為δd的離散結構slm的傅里葉變換。

經過帶通濾波器將高級衍射像過濾

其中δsl＝λf/δd，λ為波長，f為焦距。

g(u，v)＝t(u，v)h(u，v)(12)

經過第二透鏡進行傅里葉變換后復振幅為：

其中t^*為t的復共軛

最后將得到的全息條紋經過雙遠心鏡頭進行縮微傳遞到全息記錄介質上，得到全息單元，全息記錄介質跟隨位移平臺在水平向和高低向精確移動，完成全息圖的激光直寫打印。

圖2為本發明提供的采用頻域濾波的激光全息直接打印的裝置和方法的第二個實施例的結構示意圖，其具體結構與第一個實施例相似，其實施原理與本發明的第一實施例相同。但在該實施例中，采用了透射性空間光調制器。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。