数字全息术（DH）是监测透明样品定量三维信息的一种重要技术。然而，常规数字全息重建中需要相位畸变补偿和解包裹，严重影响了相位重建速度和重建精度。提出一种融合空洞卷积和注意力机制的改进残差Unet方法，实现了数字全息端到端相位重建，简化成像过程，提高了图像重建质量。此外，该方法还可以通过调整残差块，得到最优的实时重建网络模型。实验结果表明，所提基于深度学习的相位重建方法能够实时获得样品精确的三维形貌信息，有利于对动态样品进行实时监测。

设计并组建了光纤照明的多分辨率数字全息显微镜系统。激光器出射的激光经光纤耦合器、光纤分束器, 分别形成照明样品的照明光波和参考光波。照明光波经扩束准直后透过样品形成物光波, 与参考光在图像传感器表面干涉形成全息图。相 较于普通数字全息显微镜, 该系统更加紧凑稳定, 并且通过转动物镜转盘, 可选择采用不同的显微物镜, 实现多分辨率显微 定量相位成像。对该系统进行了实验测试, 首先用标准样品聚苯乙烯微球验证了该系统定量相位成像的准确性, 并测量了系 统的时空噪声, 得到空间噪声在2 nm以内, 时间噪声在0.8 nm以内; 然后将系统应用于单模光纤、微光学元件和生物样品的 测量, 获得了准确的定量相位像。实验结果表明组建的光纤照明多分辨率光纤型数字全息显微镜稳定性高, 能够实现准确的 定量相位成像。

数字全息测量具有准确度高、非接触和全场测量等优点。单波长数字全息测量主要适用于高度变化在微米级的连续性形貌物体,而基于双波长干涉技术的多波长数字全息技术可测量形貌更复杂、高度方向变化更陡峭的物体,大大扩展了数字全息计量技术的应用范围。近年来,多波长数字全息的研究发展有两个主要方向:一是与实际需求相适应的新的测量方式和/或光路;二是图像处理方面包括降噪、数值重建和相位畸变修正等的新技术新方法,使计算效率和测量准确度得到明显改善。

光学成像技术极大地拓展了人类的视觉极限,提高了人们观察和理解现实世界的能力。越多地获得目标的光学信息,对其的认识越充分。数字全息术是一种可以将样本的三维信息以二维全息图的形式编码记录下来的一种成像技术。通过获得由携带物体信息的物光波和参考光波叠加产生的干涉图案,可以以数字化的方式实现多种重建模态,例如图像恢复、相位成像和切片成像等。光学扫描全息术是一种独特的数字全息成像技术,通过主动式二维化扫描对三维物体进行成像,其完整的波前信息可以被单像素探测器记录,并基于光外差检测进行信号解调,从而恢复出复数全息图。对光学扫描全息术的最新进展进行介绍。首先,基于双光瞳成像系统,通过特殊的硬件和算法设计,提高光学成像系统的性能,如提高空间分辨率、缩短扫描时间。其次,基于计算成像原理,通过改进和优化全息像重建算法,实现高质量的图像恢复,主要涉及切片成像和三维成像等重建模态。第三,介绍光学扫描全息术的其他研究方向,并讨论该领域未来可能的发展方向。

近场是指局域在物体表面附近亚波长范围内的空间区域。倏逝波存在于近场区域,可利用其与物质的相互作用特性对位于近场区域的某些介质样品进行高分辨率成像,及对样品物性变化进行高灵敏度测量,其中,基于全内反射和表面等离子体共振的近场成像与测量方法已在许多领域获得广泛应用。将数字全息术与这类近场测量方法相结合,可进一步有效解决自近场区域反射光波的相位分布的高精度全场动态测量问题。重点介绍基于全内反射数字全息术和表面等离子体共振全息显微术的近场成像方法与测量应用研究进展。

采用了一种基于Michelson干涉仪的非相干光自干涉数字全息成像系统, 利用该系统记录了USAF1951分辨率板、洋葱表皮细胞、草本植物茎横切的全息图, 采用三步广义相移法对所记录的全息图进行数值重建, 消除零级像和共轭像后, 获得了高分辨率的重建像。重建后的USAF1951分辨率板的第九组第三线对可以清晰地被看到, 分辨率可达645 lp/mm。通过分析重建图像质量与衍射距离的关系, 研究衍射距离对重建图像质量的影响。通过对头发全息图的重建, 证明了该系统可以实现对三维物体全息图的记录和重建。

菲涅耳非相干相关全息术(Fresnel Incoherent Correlation Holography, FINCH)属于同轴全息系统, 需要通过相移技术去除零级像和共轭像。通过对FINCH系统记录及再现过程的理论分析, 根据系统点扩散函数推导出了n步相移数学计算公式, 模拟仿真了相移步数n对FINCH系统成像质量的影响, 并搭建了非相干光反射式数字全息记录系统, 对模拟结果进行了实验验证。模拟仿真及实验结果表明: 通过增加相移步数不能显著提高再现像质量; 二步相移能够提高记录速度, 通过去除原始图像和小波分解的方法可以抑制零级像, 提高再现像质量; 通过对三步相移每个相移全息图拍摄多次求平均值后得到的再现像与拍摄一次得到的再现像对比发现, 随着拍摄次数的增加, 得到的再现像质量越来越好, 背景噪声大大减弱, 再现像强度越来越大, 为FINCH系统再现像质量的改善提供了新的思路和新的实验基础。