並列ディジタルホログラフィに基づく超高速3次元動画像計測システムの開発と応用

基于并行数字全息的超高速3D视频测量系统的开发与应用

基本信息

批准号：
11J10505
负责人：
角江崇
金额：
$ 0.45万
依托单位：
Kyoto Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2012
项目状态：
已结题

项目摘要

並列ディジタルホログラフィに超短光パルス伝播の3次元動画像記録・観察技術を導入して,従来技術では不可能であった,カメラのフレームレートを超える超高速現象の3次元動画像計測が可能なシステムの実現が本研究の目的である。まず、超高速3次元動画像計測システム試作の第一歩として、ホログラムの記録光源にフェムト秒光パルスレーザを用いる並列ディジタルホログラフィの実証を試みた。これまで、並列ディジタルホログラフィでフェムト秒光パルスを用いた例は未報告であり、並列ディジタルホログラフィにおける像再生計算処理を、フェムト秒光パルスで記録したホログラムに対して正しく適用できるかが明らかでなかった。本研究では、フェムト秒光パルスを用いた並列ディジタルホログラフィを初めて実証するとともに、フェムト秒光パルスのパルス時間幅に相当する超高時間分解能を有した並列ディジタルホログラフィの実現にも成功した。この成果を国際会議(T.Kakue,et al.,DH 2011 Technical Digest ,DWC21,2011)及び国内学会(角江他,3次元画像コンファレンス2011講演論文集,5,2011.角江他,OPJ2011講演予稿集,29pF6,2011.)にて報告した。この成果を踏まえ、並列ディジタルホログラフィに超短光パルス伝播の3次元動画像記録・観察技術に導入して、超高速3次元動画像計測システムを試作した。フェムト秒光パルスを参照光と物体光とに二分するビーム分割素子として偏光ビームスプリッタを用い、この偏光ビームスプリッタと4分の1波長板、微動ステージ付ミラーとを組み合わせた遅延光学系を構築して、参照光と物体光の同期を取ることに成功した。試作システムを用いて、中心波長800nm、パルス時間幅96fsの光パルスが約10psの間、空気中を伝播する様子の動画像記録・観察に成功した。この成果を国内学会(角江他,第59回応用物理学関係連合講演会講演予稿集,03-089,2012.)にて報告した。

这项研究的目的是将3D视频录制和观察技术用于超短光脉冲传播到平行的数字全息图中，并实现一个可以在超高速度现象中测量3D视频的系统，该系统超过了相机的帧速率，而传统技术是不可能的。首先，作为超高速度3D视频测量系统原型的第一步，我们尝试使用飞秒光脉冲激光器作为全息图的记录光源来证明平行的数字全息图。到目前为止，尚未报告在并行数字全息图中使用飞秒光脉冲的示例，并且尚不清楚是否可以正确地应用于使用FemtoSecond光学脉冲记录的全息图中，是否可以将计算处理的图像重现为平行的数字全息图。在这项研究中，我们使用飞秒光脉冲证明了第一个平行的数字全息图，并且还成功地实现了平行的数字全息图，其超高时分辨率等于与飞秒光学光学脉冲的脉冲时间宽度相等。在国际会议上报道了该结果（T. Kakue等，DH 2011技术文摘，DWC21，2011）和日本社会（Kakue等，3d Image Conference 2011 2011演讲论文，2011年，2011年。将此结果带入并行数字全息图中，我们将其引入了3D视频录制和观察技术，以实现超短光脉冲传播，并创建了一个原型超高速度3D视频测量系统。偏光束分离器用作梁分离器，将飞秒的光脉冲分为参考光和物体光，并构建了延迟光学系统，结合了该极化梁分离器，四分之一波板和具有良好运动阶段的镜子，并能够同步参考光和对象光。使用原型系统，我们成功记录并观察到的视频脉冲的视频图像，中心波长为800 nm，脉冲持续时间为96 fs，通过空气传播约10 ps。日本日本学会报道了这一结果（Kadoe等人，《应用物理协会》第59届演讲论文集，2012年3月3日，2012年）。