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关键词： 张量型Hom-unified积   张量型Hom-Hopf代数   Radford’s Hom-双积  

摘要： 张量型Hom-unified积与张量型Hom-Hopf代数的限制扩张结构有关:一个张量型Hom-Hopf代数(E,α)通过一个张量型Hom-Hopf子代数(A,α|A)与一个张量型Hom-Hopf子余代数(H,α|H)分解,且使得1E∈(H,α|H)当且仅当(E,α)同构于一个张量型Hom-unified积(A×H,α|(?) α|H).本文以张量型Hom-unified积为主要研究对象,讨论其与张量型Hom-Hopf代数上可裂扩张之间的关系.主要内容如下:首先,从张量型Hom-Hopf代数的可裂态射的观点出发,对张量型Hom-unified积进行等价刻画,即一个张量型Hom-Hopf代数(E,β)同构于一个张量型Hom-unified积(A(?)H,α(?)γ)当且仅当存在一个可裂单的Hom-Hopf代数同态i:(A,α)→(E,β).其次,提供了一种普遍的构造张量型Hom-unified积的方法:由一个含单位元的但非结合的张量型Hom-双代数(H,γ),同时它也是一个右(A,α)-Hom-模余代数,以及一个Hom-模余代数同态θ:(H,γ)→(A,α),它们满足四个兼容性条件.最后,证明了当iA:(A,α)→(A(?)H,α(?)γ)是可裂单态射时,张量型 Hom-unified 积(A(?)H,α(?)γ)同构于一个 Radford’s Hom-双积(L×A,β(?)α),其中(L,β)是张量型 Hom-Yetter-Drinfel’d模范畴AAHYD中的一个张量型Hom-双代数.

关键词： 液晶偏振光栅   非机械式光束偏转技术   宽波段圆偏振切换器  

摘要： 宽波段液晶偏振光栅非机械式光束偏转技术由于具备低功耗、高精度、轻小型、快响应、大角度等优势,在激光雷达、激光通信、激光武器和增强现实等热门研究领域中有广泛的应用前景。液晶偏振光栅通过控制棒状液晶分子在面内扇形排列来构建空间变化的双折射层,从而借助几何相位分布实现闪耀光栅式光束偏转,它对于圆偏振入射光有近乎100%的单级次衍射效率,且通过改变圆偏振入射光束的旋向可以切换出射光的偏转方向。液晶偏振光栅与圆偏振切换器交替级联,可以实现大扫描角度光束偏转系统。然而系统中核心器件液晶偏振光栅和圆偏振切换器只能工作在单波长下,在宽波段范围内效率急剧下降。为了扩展光束偏转系统的宽波段应用功能,本文分别针对液晶偏振光栅、圆偏振切换器开展了结构设计与性能优化研究。液晶偏振光栅现有数值优化方法在设计宽波段光栅结构时参数多、优化困难。针对此问题,本论文提出自对准多层镜面对称偏振光栅简化设计模型,将偏振光栅拆解为具备圆偏振转换功能的镜面对称宽波段半波片,将优化参数缩减50%。为了与传统偏振光栅的液晶分子扇形图案光控取向技术结合,选取自对准多层扭曲结构,并提出庞加莱球可视化方法对光栅简化模型进行优化。最终成功实现了镜面对称四层扭曲偏振光栅,将工作波长范围拓展到了420～945 nm,该波段范围能够一致满足周期10μm的偏振光栅正入射衍射效率99%,±30°入射衍射效率90%,而文献报道最宽波段只有470～670 nm。圆偏振切换器需要对左旋和右旋圆偏振态任意切换,它在宽波段范围内偏振转换效率低。针对此问题,分析文献中的结构在斜入射时效率低是因为旋向转换态和旋向维持态在斜入射下延迟量变化相反,难以同时补偿,因而提出由电致解旋型铁电液晶盒作为动态切换层的解决方案。接着提出庞加莱球宽波段偏振演化路径设计模型,并提出四层结构,进一步分析了偏振演化路径,将结构简化为三层,中间层为光轴方向在-90°/-45°切换的半波延迟铁电液晶盒,前后均采用光轴方向位于0°的正单轴1/4波延迟膜,并采用两层光轴垂直排列的正单轴延迟膜补偿斜入射延迟。最终实现了工作在450～650 nm波段的大视场宽波段圆偏振切换器,49°入射角下偏振转换效率可达96%,而文献报道入射角范围只能做到13°。上述两种器件都是工作在圆偏振光模式下,偏振光栅只能对圆偏振入射光有单级次高衍射效率,对入射偏振态极为敏感,因此通常需要偏振态切换器件来转换入射线偏振态为圆偏振态。为了使偏振光栅实现对线偏振光的单级次高衍射效率调制,首先基于有限元法仿真模型,揭示了线偏振光入射偏振光栅时的偏振态转换机制。接着设计了双周期复合偏振光栅器件,它由周期满足二倍关系且厚度分别满足半波和1/4波延迟的两层传统偏振光栅构成。复合偏振光栅能够实现线偏振态到圆偏振态的高衍射效率光束偏转,实验结果高达96%,而传统偏振光栅对入射线偏振光束只有50%的单级次衍射效率。复合偏振光栅打破了光束偏转系统只对圆偏振态入射光束有高衍射效率的局限,拓展了液晶偏振光栅光束偏转系统对入射端偏振态的要求。经过以上研究,偏振光栅和圆偏振切换器在宽波段范围光束能量效率大幅提升,推动了宽波段液晶偏振光栅非机械式光束偏转技术的工程化应用。

关键词： 莫尔纹   微纳模板   聚二甲基硅氧烷(PDMS)   光栅   手性  

摘要： 与天然手性材料相比,人工微纳手性结构因其优良的手性响应特性引起研究者们的广泛关注。具有手性结构的人工微纳材料能够与特定频率的圆偏振光相互作用,产生不同的光学响应模式,从而实现增强圆二色性、拓展响应波段等特性,这在光学和医学等领域中具有重要的潜在应用价值,例如超材料、生物传感器、宽带偏振器和全息显示等,如何有效制备人工微纳手性结构是实现上述应用的关键。已有文献报导了多种自上向下和自下而上的方法来制备纳米手性结构,例如电子束光刻、微纳米尺寸剪纸图案、手性纳米颗粒定向合成、DNA折纸自组装等。然而这些方法或成本过高,或受先天生物手性材料低稳定性限制,在大规模制造中受到挑战。为解决上述问题,本文开发了一种低成本、大面积制备金纳米颗粒莫尔手性单层薄膜的方法。相对于常规手性表面材料的制备,这种方法的创新之处在于:首先利用柔性材料聚二甲基硅氧烷（PDMS）作为材料基底制备了莫尔纹手性表面结构,进而将单层金纳米颗粒薄膜铺设其上,得到金纳米颗粒莫尔手性单层薄膜,制备过程中无需采用光刻或天然手性生物材料,极大地降低了制备成本,避免了繁冗的制备过程。具体工作涉及以下两个方面:（1）设计了PDMS局域预模板的制备模具并构建了具有局域DVD光栅预模板的PDMS;基于该模板研究了PDMS表面构建莫尔纹手性结构的方法:在使用电动薄膜拉伸系统时,以等离子体功率13W,腔体气压0.3mbar,处理时间60s为参考工艺参数可以获得表面形貌较好的莫尔纹结构,此外研究了对莫尔角度、等离子体处理时间及单轴应变拉伸比等变量莫尔纹形貌的影响模式。施加压缩应力于等离子体处理表面形成的类光栅褶皱周期及高度随莫尔角度均具有高斯曲线的变化模式,而等离子体处理时间和单轴应变拉伸比对莫尔纹类光栅褶皱的周期作用模式与原先类似,分别具有正相关和负相关的作用。（2）基于金纳米球在气\液相界面处的自组装,结合PDMS莫尔手性模板,实现了金纳米球的手性单层薄膜制备,同时针对制备过程中的优化参数进行了探究,研究了包括等离子体功率、时间及预释放对手性金膜的影响。该材料的圆二色性（CD）信号显示,在可见光波段存在两种CD模式,以莫尔角度在-30°为例,在波长579 nm处CD极值为90.4 mdeg;在波长743 nm处CD极值为49.4 mdeg。实验表明,相比金纳米球单层薄膜阵列,这一方法制备的金纳米球手性薄膜可以有效增强局域CD信号,这一特性对于设计下一代光子器件和系统中具有重要的潜在价值。

关键词： 髓内肿瘤   脊髓脱髓鞘病   髓内病变   弥散张量成像   弥散张量纤维束成像  

摘要： 背景和目的:在临床实践中髓内肿瘤性病变与髓内疑似病变相互鉴别诊断目前仍是个难题,现阶段为了明确髓内病变的诊断需要行脊髓活检或占位切除后行病理学检查方可证实髓内病变的性质,采用活检或手术的方式来明确诊断时,患者往往需要承担手术及麻醉的风险,该有创操作有引起神经功能缺损的风险。为此,我们尝试采用弥散张量成像(DTI)重建纤维束(DTT)来评估髓内病变,增加此类疾病鉴别诊断的方法。材料与方法:本次研究中共收集了36例自本院2018年至2022年期间考虑诊断髓内病变患者的脊髓MRI平扫、增强、DTI等序列,并将重建后的DTT在T2WI图像上融合成像。将重建后的纤维束成像根据流线外观分为正常流线(n SL)、移位流线(d SL)、终止流线(t SL)三类来对融合图像进行评估,然后根据病变的组织学检查结果验证设想;对于没有组织学结果的病例结合临床诊断初步验证设想。结果:共有36位患者(平均年龄40.9岁(范围9-66岁)±14.4岁)纳入该研究。表现为n SL类型病变的共有5例,此5例患者均未接受手术治疗或活检术,临床诊断脊髓脱髓鞘病变。有26例表现为d SL类型,其中18例手术治疗(病理结果示室管膜瘤11例、弥漫中线胶质瘤2例、星形细胞瘤1例、血管母细胞瘤2例、海绵状血管瘤1例、表皮样囊肿1例);表现型为t SL的共有5例患者,其中有2例患者接受了活检手术,病理结果均提示胶质细胞增生,有2例接受手术治疗,术后病理结果分别提示为室管膜瘤、弥漫中线胶质瘤,1例临床考虑诊断倾向于星形细胞瘤的患者选择保守治疗。结论:利用DTI序列重建纤维束成像可以用来区分鉴别髓内肿瘤性病变与脊髓脱髓鞘病变。由于髓内肿瘤病变占位大小不同、病程长短、病灶内出血等因素影响,DTT对于指导术前规划判断髓内肿瘤是否可完整切除仍具有较大挑战。

关键词： 输电线路   拉力传感器   拉力监测   舞动监测  

摘要： 输电线路的安全运行关乎国民经济和社会稳定,输电线路的健康监测对于经济发展和民众生活具有重要的意义。为实现输电线路的健康监测,本文基于国网河南省电力公司的重要交叉跨越线路金具健康状况应力装置测试项目,设计了一种基于光纤光栅的输电导线拉力传感器,并将其运用于输电线路中,在此基础上对导线张力和线路舞动进行了分析。首先,以标准金具为基本结构,基于光纤布拉格光栅传感原理和三维力测量原理,设计了输电导线拉力传感器;采用有限元分析的方法,对传感器的测点选择进行分析,验证了传感器设计方案的可行性,并对传感器的量程、灵敏度、测量相对误差及偏载对解算载荷的影响进行分析。其次,根据设计方案将光纤光栅粘接在金具上,完成对输电导线拉力传感器的封装制备;分别搭建了温度和拉力传感特性测试系统,对传感器进行了温度和拉力传感特性测试实验,评估了输电导线拉力传感器的量程、灵敏度等传感特性,实验结果表明,传感器的性能满足工程需求。最后,将输电导线拉力传感器运用于真型输电线路,对小档距塔线体系进行了长期监测;根据长期监测数据对线路拉力和舞动信号进行了分析。在拉力监测方面,根据拉力信号特征进行了热应力分析;根据国家标准对输电线路进行了可靠性分析,以输电导线拉力为参考指标,建立了输电线路拉力安全预警机制。在舞动监测方面,结合拉力的时域和频域信号对舞动进行定性判断;对舞动频率成分及其频率变化原因进行了分析;根据舞动频率对舞动角度进行计算,并采用视频监测法对舞动角度进行验证;将输电线路的相间距转化为舞动角度,并以之为参考指标建立了舞动预警机制。

关键词： 硅基光子学   逆向设计   光栅滤波器   光栅耦合器   模式复用器  

摘要： 万物互联的智能化时代来临使得事物之间的信息交互变得频繁,传统的光通信网络面临着重大挑战,急需实现网络基础设施的更新换代。硅基光子器件以其低成本、高集成度、与CMOS工艺兼容的优势受到了研究者的广泛关注。波导光栅器件作为硅基光子器件的重要组件之一,可以实现光滤波,光耦合,光延时,光调制等多种功能,被广泛应用于光通信、微波信号处理、传感等领域,而且智能化、复杂化的应用系统对波导光栅器件的实现功能和性能指标提出了更高的要求。常规的正向设计方法基于第一性原理分析介质周期微扰和光谱响应的半解析关系,适用于常规功能的光栅器件优化设计。然而对于具有特殊功能的光栅器件,如任意定制频谱、偏振不敏感等,则需要借助于更先进的设计方法。本论文围绕无中断可重构滤波、多通道希尔伯特变换、偏振不敏感耦合等应用场景,针对性地采用耦合模分析、层剥离算法、智能优化算法等设计方法,对不同功能和结构的波导光栅器件进行系统性研究。主要的研究工作和创新成果如下:(1)采用基于耦合模理论的正向设计方法,提出并制备了基于环状级联多模波导光栅的上下路滤波器,实现了兼具中心波长可调、带宽可调、波长无中断切换的双通道可重构光分插复用器。其中中心波长调节范围达14.5 nm,带宽连续调节范围为0.2～2.4 nm,通过调节上下路滤波器的开关状态,实现了双通道光分插复用器的无中断调节。该方案同时支持无栅格的中心波长、带宽调节和无中断的波长重构,具有更宽的带宽调谐范围、更低的下载损耗和更少的控制电极。(2)提出了适用于多模波导布拉格光栅滤波器的层剥离算法逆向设计模型,利用该模型设计并制备了单通道无色散滤波器、单通道色散补偿滤波器、三通道无色散滤波器以及希尔伯特变换器,三种滤波器对应的3 d B带宽分别为4.0 nm,4.7 nm和1.4 nm;通带内群延时色散分别为0 ps/nm,5.7 ps/nm和0 ps/nm;带内群延时抖动分别小于1.7 ps,1.5 ps和2.0 ps。以上器件的实验结果和设计目标基本一致,实现了反射谱幅度和相位的精确调控。相比单模波导光栅滤波器,利用层剥离算法设计的多模波导光栅滤波器具有更小的延迟抖动、更低的插入损耗、更大的消光比和更大的特征尺寸。(3)基于自适应遗传算法逆向设计模型提出并制备了常规加工工艺约束的高效率偏振不敏感光栅耦合器。根据不同的功能需求,通过调节适应度函数的参数值,设计了两种结构不同的偏振不敏感光栅耦合器,第一种结构在1550 nm处对TE模和TM模的耦合效率分别为-7.6 d B和-7.9 d B,1.0 d B偏振相关损耗带宽为25.0 nm。相比之下,第二种结构在1550 nm处对TE模和TM模的耦合效率较高分别可达-7.6 d B和-7.2 d B,1.0 d B偏振相关损耗带宽则减小为22.0 nm。该偏振不敏感光栅耦合器为采用常规硅基光子工艺(220 nm厚的Si层和70 nm蚀刻深度)设计的性能最优的偏振不敏感光栅耦合器。(4)采用亚波长光栅辅助耦合结构实现了超紧凑的模式复用器。该结构通过在非对称定向耦合器的耦合间隔区引入亚波长光栅结构来增强模式之间的耦合强度,将耦合长度从17.0μm缩短到5.6μm。利用亚波长光栅辅助耦合定向耦合器串联组成了四通道模式复用链路,模式转换链路TE-TE-TE的最小损耗为-0.2/-0.7/-0.7/-0.9 d B,对应输出端口与其他三个输出端口之间的最差串扰为18.0/19.1/16.0/18.2 d B。该方案具有插入损耗低、尺寸小、制作分辨率要求较低、通道数易于增加等优点。

关键词： 柔顺机构   光学薄膜   张紧平台   动力学分析   超结构减振  

摘要： 随着我国对太空领域的探索提速,对空间光学望远镜的分辨要求也越来越高。当今主流光学望远镜主要采用子镜拼接技术合成所需的主镜。而薄膜子镜因其自身特点易受温度以及在轨环境振动的影响而发生“褶皱”,因此开发出相比当前方案更加紧凑、更易控制薄膜子镜的柔顺张紧平台显得格外重要。本文正是基于这样的应用需求,设计了基于柔顺机构技术的柔顺多维张紧作动平台,相对于国内外针对光学薄膜的张紧作动装置,其避免了采用多个致动器联合驱动带来的能源损耗以及负载增加。另外,柔顺机构一体加工而成、无摩擦磨损等优势也保障了张紧平台的运动学性能的实现。更进一步地,协同隔振超结构的设计实现了张紧平台的输出稳定性。为了实现达到应用需求的柔顺张紧平台方案的设计,先是在柔性铰链的选择、材料的选择、柔顺放大机构的选型以及智能材料驱动器选型的基础上,设计了三级柔顺放大张紧作动方案一,分析其利弊后设计了空间张紧作动方案,满足应用需求。最后利用伪刚体模型法对其位移放大机理进行了简单介绍。为进一步对柔顺张紧作动平台进行性能优化,利用灵敏度分析生成优化尺寸的正交试验数据,并在此基础上建立优化数学模型,在Matlab中利用优化函数根据实际应用环境求解优化尺寸。紧接着对张紧平台进行系统建模,根据动力学分析以及拉格朗日方程得到系统一阶固有频率表达式。最后对柔顺张紧平台进行有静力学分析以及模态分析,得到张紧平台的运动放大比以及固有频率。接着对张紧平台的抑振超结构进行设计与分析。对超结构模型材料确定后,在超结构等效单自由度模型理论分析的基础上,对等效四自由度超结构模型进行机理分析,讨论了超结构参数对隔振性能的影响规律。基于上述研究结论,提出了四类超结构方案并对其进行有限元谐响应分析,基于隔振效果选定了理想超结构方案,并对优化方案进行改进,结合模态分析以及谐响应分析,证明了其在期望的低频范围内所具有的良好的抑振潜力。最后对柔顺张紧平台作动性能进行仿真分析及其抑振性能的仿真验证。首先对张紧平台进行多组静力学分析,得其在不同位移激励下的响应位移具有线性关系。然后通过对张紧平台输入变幅值以及变频率的正弦激励得到平台具有良好的位移输出稳定性。最后通过谐响应分析以及多组不同激励下的瞬态动力学仿真验证其具有良好的抑振效果。

关键词： 光栅投影测量   相位解算   参数标定   非正弦误差校正  

摘要： 在光学非接触测量技术中,光栅投影三维测量技术具备精度高,测量速度快、单次测量数据量大等优点。目前,在国内航空、航天、汽车等制造领域,对复杂结构参数的测量大部分使用的是光栅投影三维扫描测量技术。高精度的光栅投影三维扫描设备多为国外进口产品,国内相关产品的测量准确度相对较差。开展高精度光栅投影三维测量设备的关键技术研究,可以提高国内光栅投影测量技术的自主可控能力,更好的服务于高端制造领域。本论文将通过研究光栅投影测量的模型标定及解算算法,重点对条纹相位的解算、系统参数的标定以及非正弦误差的校正三个方面进行改进,提高光栅投影三维测量的精度。具体研究工作包括以下几部分:(1)本文对比分析多种相位展开法,三频四步相移法是当前最高效,使用最广泛的一种方法,投射光栅条纹图片的数量越多,这种方法的精度越高。因此本文在三频四步相移法基础进行改进得到多频异步相移法,在投射相同数量光栅条纹图像的情况下,提升测量精度。通过多组仿真与实验,对平面与球体表面进行测量实验,将不同的光栅投射到平面与球体表面,采用多种相位展开法以及优化后的多频异步法进行相位展开,最终得出多频异步相移法的可行性。(2)本文结合双目视觉与光栅投影三维测量技术自身特点,提出一种基于双目视觉的投影仪标定方法。此标定方法简单易操作,约束条件较少,同时能保证较高测量的精度,适用于光栅投影三维测量技术的现场标定。最后通过实验,验证了此标定方法的可行性,平均重投影误差优于0.07个像素,表明该标定方法的标定精度较高。(3)本文结合主动式误差校正法与被动式误差校正法,提出高效易操作的误差自校正法,利用灰度响应进行初步校正,再采用相位映射关系进行自校正,提高了相位误差校正效果。最后通过实验对比分析,证明此方法的有效性。(4)搭建完整的光栅投影测量系统,分析本文算法的测量效果。通过测量标准器证明算法的可行性与有效性。采用多组实验分析测量系统的重复性与不确定度,结果表明使用本文算法的光栅投影测量系统在200mm×180mm范围内不确定度优于12?m,对比国内相关研究成果,技术指标达到先进水平。

关键词： 硅光子学   偏振分束器   偏振旋转器   亚波长光栅   定向耦合器  

摘要： 近几年,以光子集成回路(PICs)为核心的片上光互连技术广受重视,并有望在未来突破传统电互联系统的瓶颈问题。其中,基于绝缘体上硅(SOI)平台的PICs由于其结构紧凑、与CMOS制造工艺相兼容的特点,已经成为了当前构建复杂、高速、大容量光互连系统的热门技术。偏振分束器与偏振旋转器是构建PICs的两种基础无源器件,前者可以实现两种偏振模式的复用与解复用,从而增大通信容量;后者主要用以将一种偏振模式转换为另一种偏振模式,从而减少系统中偏振敏感器件的数量并提高集成度。本文旨在提出并优化基于亚波长光栅(SWG)结构的偏振分束/旋转器件,为构建高性能、高集成度的PICs提供参考。论文首先综述了PICs的发展背景和研究意义,概括了硅光子学的特点和优势以及面临的问题和挑战。同时详细介绍了偏振分束/旋转器件在国内外的发展现状,并给出了这两种无源器件主要性能指标的定义。其次,介绍了时域有限差分法(FDTD)和频域有限差分法(FDFD)这两种用于器件设计和优化的数值分析方法。同时介绍了亚波长光栅的结构特征,并分别使用FDTD和FDFD两种方法对亚波长光栅结构的传输特性和模式特性进行讨论分析,验证了其能够有效抑制衍射反射以及折射率可调的特性,为后续的器件设计和优化奠定了基础。基于亚波长光栅结构与耦合模理论,提出并分析了一种硅基偏振分束器。使用亚波长光栅辅助条波导和槽波导构成非对称定向耦合器,分别设置TM模式满足相位匹配条件而TE模式不满足,从而实现偏振分束。通过仿真计算对亚波长光栅辅助条波导的结构参数进行优化,计算结果表明,该器件具有低插入损耗、高消光比、大工作带宽、结构紧凑的优点。结合倾斜与非倾斜两种亚波长光栅结构以及模式绝热演变,提出了另一种硅基偏振分束器。利用倾斜亚波长光栅的双折射特性,引导TE模式向更高折射率的波导传输,而TM模式可以保持在原有波导中,从而将两者的模场有效分离。结果表明,在1.55μm波长处,该器件的插入损耗仅为0.10d B,消光比高于30d B,同时15d B消光比带宽超过240nm,这使该器件在多波长通道的偏振分集系统中具有很高的应用价值。使用部分刻蚀与亚波长光栅结构,提出了一种硅基偏振旋转器。结合刻蚀宽度渐变的条波导以及亚波长光栅来打破模式对称性,使两种偏振模式产生混杂与耦合,实现TM模式到TE模式的转换,并降低了转换效果对波长的依赖性。结果表明,该器件在较大的波长范围内以低插入损耗、高消光比、高转换效率实现了模式旋转。同时将该器件与第四章中的器件级联组成偏振分束-旋转器,1.55μm波长处的插入损耗为0.17d B,15d B消光比带宽达到240nm以上。最后,对全文的工作进行了总结,并给出了对后续研究的展望。

关键词： 三维显示   计算全息   菲涅尔衍射   快速傅里叶变换   并行计算  

摘要： 全息术的发明为三维显示技术打开了一扇新的大门。它能够完整记录物光场的振幅和相位信息,再现像可以提供三维视觉所需的所有深度线索。与基于双目视差的三维显示、多视点三维显示、体三维显示等技术相比,全息三维显示有着观感舒适、视差连续、分辨率高等优势。相干性好的激光光源问世以及计算机技术的突飞猛进,使得全息三维显示技术走上了实用化的道路。传统的光学全息记录过程对实验环境和设备要求较为苛刻,记录介质不能够重复利用且只能记录真实存在的物体。计算全息是通过数值计算得到三维物体的全息图,将计算好的全息图加载到空间光调制器或输出到记录介质上实现对三维物体的再现。此外计算全息还可以实现虚实场景的结合及动态显示,因此得到了广泛而深入的研究。其存在的主要问题之一是计算量大导致了计算耗时。本论文研究如何提高计算机制全息图的计算速度。主要研究内容如下:首先通过对菲涅尔全息图的计算模型进行分析,发现离散物点菲涅尔衍射公式中积分项具有周期性分布的特点。巧妙利用人眼的低通滤波特性,提出了采用积分项周期延拓的全息图快速算法。在计算全息图时根据空域（物面）和空频域（全息面）抽样间隔、衍射距离、物体大小等参数确定出积分项一个周期的大小并计算其值;再将积分项周期延拓至全息图大小,得到整个全息面上的积分项。这一过程大大减少了积分项的计算量。根据积分项外系数可正交分解特点,对积分项外的系数进行行列分解,仅计算1行1列系数分量,通过行列系数组合的方法得到每个样点系数的值。采用行列分解后大幅减少了耗时的三角函数运算,进一步提高了全息图的计算速度。其次讨论了层析法全息图计算中的隐藏面消除问题。提出了大尺寸计算全息图制作中物体多视角消隐方法,提高了三维显示质量。设计了基于Open GL的三维场景渲染与多视角消隐算法。通过C++编程实现了多种三维模型的加载和场景渲染,并获取不同视角下消隐后的三维数据及纹理。最后为进一步提高全息图的计算速度,设计了基于多线程的多核CPU全息图并行计算算法。采用C++实现了算法。在Intel的CPU上以7核并行计算,将全息图的计算速度提高了5倍以上。