基于光纖導光的數字全息微形變測量系統

在全息再現計算中，首先采用Tukey窗對全息圖進行切趾處理，以減小邊緣衍射引起的光場起伏。然后，采用空頻域濾波方法去除零級項和共軛像對原始像的影響，即對切趾后的全息圖進行傅里葉變換得到其頻譜，進而選取原始像對應的頻譜分量，最后通過逆傅里葉變換得到僅包含原始像信息的全息圖。接著，采用菲涅爾再現算法得到物光場的復振幅分布，即反映物體形貌的相位分布。
圖4給出了實驗結果。其中，圖4(a)和圖4(d)為鋼板形變量的包裹相位圖，圖4(a)為較小形變時包裹相位圖，圖4(d)為較大形變時包裹相位圖。從圖可以看出，實驗得到的相位差圖條紋清晰、信噪比高，并且包裹圖像條紋與形變物面的形變形狀、形變位置、形變大小與實際相符，說明本文設計的基于光波導的光路結構完全可行。圖4(b)和圖4(e)分別是進行相位解包裹后的相位圖，圖4(c)和圖4(f)分別為圖4(a)和圖4(d)橫向中心線處對應的解包裹相位值。需要指出的是，針對激光數字全息得到的包裹相位圖，枝切法解包裹得到的相位形變量精度最高，最小梯度加權最小二乘法的形變形貌恢復效果最好，因此實驗中采用枝切法相位解包裹，然后經高斯低通濾波，得到較精確的形變量值。

表1給出了實驗測量形變相位差結果與傳統數條紋法結果進行的比較，實驗得到的解包裹相位差值恰好落在真實相位差值范圍之內。實驗結果表明，本文提出的基于光纖導光的激光數字全息微形變測量系統能夠得到高信噪比的包裹相位差圖，即高精度的測量結果，并且系統結構簡單、緊湊、穩定性好。

3 結論
本文設計并搭建了基于光纖導光的數字全息干涉測量系統，采用1×2單模光纖耦合器實現分光產生照明光和參考光，并在照明光路和參考光路中分別采用短焦距和長焦距的準直透鏡進行光束擴束，使得物參光在記錄面上的強度比接近1：1，從而獲得高信噪比的數字全息圖。
采用基于數字全息的雙曝光法對波長量級微形變鋼板進行形變測量，通過數字全息記錄、再現和形變包裹相位差圖解包裹，得到形變相位差值。實驗結果表明，基于光纖導光的數字全息干涉測量系統能夠獲得高信噪比的相位差圖，進而得到高精度的物體微小形變量。因此，本文建立的基于光纖導光的數字全息干涉測量系統不僅體積小、重量輕、結構緊湊、穩定性好，而且測量過程簡單且精度高。