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数字全息显微成像的实验研究的开题报告一、选题背景数字全息显微成像是一种新型的非接触测量技术，可实现物体的三维形貌测量和形变分析。
该技术的优点在于它能够提供高分辨率、全方位、非破坏性的图像，同时能够对物体进行快速测量，其应用范围非常广泛，特别是在工业制造、军事、医疗等领域具有广泛的应用前景。
二、选题意义数字全息显微成像无需物体与仪器之间的接触，能够对材料和器件进行非破坏性测量和检测，不仅能够有效地提高生产效率和质量，而且也能够节省制造成本，在很大程度上提高生产效益。
因此，对数字全息显微成像的研究不仅具有很高的理论价值，而且也具有重要的实用价值。
三、研究内容本文主要研究数字全息显微成像在物体三维形貌测量方面的应用，包括数字全息录制、数字重建以及形貌分析等方面。
具体研究内容如下：1. 数字全息录制技术的研究：通过使用高分辨率相机和激光光源对被测物体进行数字全息录制，并对采集的全息图像进行预处理和分析，以得到高质量的全息图像。
2. 数字重建技术的研究：采用计算机图形学等相关技术对数字全息图像进行重建，以获取物体的三维形貌信息。
3. 形貌分析技术的研究：对获取的三维形貌信息进行分析处理，以实现形貌测量和形变分析，进一步提高数字全息显微成像技术的应用价值。
四、研究方法本研究主要采用实验法进行研究，具体方法如下：1. 设计数字全息显微成像系统，包括激光器、激光衍射光学系统、相机和数据采集系统等。
2. 制备被测样品，包括标准样品和工业制品等。
3. 使用数字全息显微成像系统对被测样品进行全息录制，并获取数字全息图像。
4. 对数字全息图像进行重建、处理和分析，并得到被测样品的三维形貌信息。
5. 对获取的三维形貌信息进行分析、比对和评价，验证数字全息显微成像技术在形貌测量和形变分析方面的应用效果。
五、预期成果本研究旨在探索数字全息显微成像技术在物体三维形貌测量方面的应用，其预期成果包括：1. 设计并构建数字全息显微成像系统，实现物体的三维形貌测量和形变分析，具有一定的创新性和实用性。
激光测量技术1960年5月25日，美国休斯顿实验室的物理学家T.H.Maiman 采用掺铬的红宝石发光材料，应用发光很高的脉冲氙灯泵浦，发明了红宝石激光器，开创了激光技术的历史。
激光技术的诞生，形成了激光测量技术，使得测量技术有了质的飞跃。
激光就是受激辐射光放大，它具有高亮度、准直性好的特性；由于其异常高的简并度，使得激光具有很强的相干性和单色性。
基于激光的这些特点，其在测量领域里有着广泛的应用。
激光测量技术包括激光干涉、衍射测量技术，激光准直及多自由度测量，激光视觉三维测量技术以及激光多普勒测速、测距等测量技术。
激光测量技术大多是利用激光的高亮度、相干性、单色性、准直性的特定来进行测量的。
激光作为测量光源，为测量系统提供光源或者作为系统的传感器。
激光测量系统依赖于激光器的发展。
相比以前的激光器，现在的激光器光谱包含了从红外到紫外整个光谱范围，能够满足不同条件下的测量，亦可进行联合测量，例如多波长测量等。
另外，现今的激光器种类也不仅仅限于以前的固体激光器，近年来出现了气体激光器、光线激光器、半导体激光器以及脉冲激光器，未来还很有可能出现量子激光器。
这些激光器的尺寸也越来越小，性能也越来越好，稳定性也越来越高。
随着激光器的性能的提高以及计算机技术、图像处理技术的发展，激光测量技术在测距、测速、视觉测量、大尺寸三维形貌测量、微纳测量等领域中发挥着越来越重要的作用，它的灵敏度和精度也越来越高。
另外，随着激光技术的不断发展，将激光器本身作为测量传感系统的技术方法也越来越得到人们的认可，因此扩大了测量领域。
目前激光测量技术还存在许多问题，包括激光器的性能设计、测量方法、各种测量外部因素的影响以及数字图像处理技术等。
在未来，随着科学技术的不断发展，激光器将越来越微型化，频率范围也会逐渐加大，在与其他科学技术结合后，其测量精度也会越来越高，可测量的领域也会越来越广，像外太空、星球等宏观领域，微生物细胞、甚至是分子或者原子等微观领域。
基于深度学习的数字全息显微成像研究
数字全息显微成像是一种重要的光学成像技术，它能够以高分辨率、大视场和全息三维信息的方式记录和再现样本的微观结构。
然而，由于光学系统的限制以及样本的复杂性，数字全息显微成像仍然面临一些挑战，如噪声和模糊等问题。
为了克服这些挑战，近年来，基于深度学习的方法被引入到数字全息显微成像领域中，取得了显著的研究进展。
深度学习是一种模拟人脑神经网络的机器学习技术，通过多层神经元之间的连接和权重调整，可以自动地学习和提取输入数据的特征。
在数字全息显微成像中，深度学习的方法可以通过训练一个深度卷积神经网络（CNN）来提高成像质量。
通过输入大量经过标记的全息图像数据，CNN可以自动地学习并提取图像中的特征，从而去除噪声、增强图像的对比度，并减少模糊现象。
基于深度学习的数字全息显微成像研究已经取得了一些令人瞩目的成果。
例如，研究人员开发了一种基于CNN的自适应全息显微成像方法，可以根据样本的复杂性自动调整网络的结构，并实现更好的成像效果。
此外，还有研究通过引入生成对抗网络（GAN）的方法，提高了数字全息显微成像的分辨率和对比度。
然而，基于深度学习的数字全息显微成像研究仍然面临一些挑战。
首先，深度学习模型的训练需要大量的标记数据，而获取
标记数据往往是困难和耗时的。
其次，由于数字全息显微成像的特殊性，传统的深度学习模型需要进行改进和优化，以适应全息图像的特点。
综上所述，基于深度学习的数字全息显微成像研究在改善成像质量和解决成像问题方面具有巨大潜力。
随着深度学习技术的不断发展和完善，相信在不久的将来，基于深度学习的数字全息显微成像将会在生物医学领域和其他领域中得到广泛的应用。
数字全息显微镜的光学系统设计摘要数字全息显微术是把数字全息和全息显微相结合，用CCD代替传统的全息干板来实现全息显微的过程。
本文通过理论的分析和计算，完成了以下工作：1）在数字全息的方法上，介绍和比较了几种记录和再现的方法;并选择了无透镜傅里叶变换与同轴全息相结合的光路，可以最大利用CCD分辨率和简化光路。
在系统光路中加入相移技术，消除零级和共轭像。
2）在1/2英寸CCD情况下，利用干涉仪原理设计出了基本光路;分析并选择了各个部件的具体参数;分析计算了系统中需要满足的条件。
计算出在几种物镜预放大情况下，系统的分辨率和放大率。
在对微小物体做近距离显微时，本文的显微系统极限分辨率理论长度可以达到0.8μm左右。
关键词：全息术；数字全息显微；预放大技术。
Optical system design of digital holographic microscopyAbstractDigital holographic microscopy digital holography and holographic microscopy combined with CCD, instead of the traditional holographic plate to realize the process of holographic microscopy.In this paper, through the theoretical analysis and calculation, completed the following works:1）Introduced and compared several recording and reproducing methods in the selection of digital holographic method，and chooses the lens-less Fourier transform and coaxial holographic to be the light path which can use CCD resolution and simplified the optical path. In the optical system with phase shifting technique to eliminate the effect of zero order and conjugate image.2)In 1/2 inch CCD cases, using an interferometer principle to design the basic light path; Analysis and select the specific parameters of components；Calculate the conditions to meet the system. Calculate the system resolution and magnification in several objectives.In the short distance microscopic, the microscopic system can reach 1μm resolution lenth,Key Words: Holography;Digital holography microscopy;Preamplification-technology；目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1显微技术的发展史 (1)1.2数字全息技术发展及研究现状 (1)1.3数学全息显微术研究现状和发展 (2)1.4研究意义 (3)1.5本文主要研究内容 (3)2 全息的基本理论 (5)2.1全息术的基本原理 (5)2.2光学全息的记录与再现 (5)2.3数字全息的基本理论 (7)2.3.1数字全息的数学模型 (7)2.3.2数字全息的再现 (8)2.4数字全息图的记录条件 (9)2.4.1菲涅耳数字全息图的记录条件 (9)2.4.2 球面参考光数字全息图的记录条件 (11)3 数字全息图的分辨率和再现像质量的提高 (13)3.1分辨率的提高方法 (13)3.2 再现像质量的提高 (13)3.3 相移法 (14)4 预放大数字全息术 (16)4.1预防大数字全息术分辨率的提高 (16)4.2几种物镜下的距离计算 (17)5 反射式数字全息显微镜的光学系统设计 (19)5.1反射式数字全息显微光路的设计 (19)5.1.1实现数字全息显微方法的选择 (19)5.1.2 实现数字全息条件的分析 (20)5.1.3 设计思路与基本光路 (20)5.2反射式数字全息显微系统的参数 (23)5.2.1关键参数的计算 (23)5.2.2各个零件参数的选择 (24)5.3数字全息系统的分辨率与放大率计算 (26)5.3.1系统的最大分辨率计算 (26)5.3.2 数字全息系统的放大率 (26)5.4 影响显微的因素分析和校正 (26)6 结论和总结 (28)6.1结论 (28)6.2总结 (28)致谢 (29)参考文献 (30)学位论文知识产权声明 (32)学位论文独创性声明 (33)附录 (35)外文文献及翻译 (35)1 绪论1.1显微技术的发展史原始的光学显微镜是一个高倍率的放大镜。
全息显微成像技术在生物医学中的应用随着科学技术的不断发展，我们已经进入了一个数字化时代，全息显微成像技术（Holographic microscopy）的发展也给生物医学研究带来了一些革命性的变化。
相对于传统的显微镜来说，全息显微成像技术可以在显微级别上实现大样本的三维成像。
今天，我将为大家介绍全息显微成像技术在生物医学中的应用以及它的优点。
一、全息显微成像技术的原理全息显微成像技术是基于光的传播与全息重建的原理。
当一束激光经过一个样品的时候，因为样品不同区域的三维结构不同，光线会受到样品的散射和绕射等影响，从而形成了一个干涉图像。
这个干涉图像和光源干涉，然后被记录在一个高分辨率的CCD相机上。
相较于传统的显微成像技术，全息显微成像技术的重要优点是可以在不通过显微镜直接对样品进行大样本高分辨率成像，大量的生物组织和细胞都可以被成像。
在生物医学领域内，这种技术可以帮助科学家们得到更加精确的生物信息和病理信息。
二、全息显微成像技术在细胞成像和生物组织成像方面的应用1. 细胞成像对于细胞的成像和研究，全息显微成像技术是一种非常有效的工具。
相比于其他传统的细胞成像方法，全息显微成像技术可以快速准确地进行成像和分析。
这种技术可以非常有效的进行多个细胞的三维重建，有助于观察细胞内部结构的变化。
全息显微成像技术价值在于细胞是三维结构，它可以在不摧毁样本的情况下获得完整的三维成像。
2. 生物组织成像在生物组织的研究中，全息显微成像技术的应用也非常广泛。
在组织成像方面，全息显微成像技术可以全面准确地显示组织内的三维结构以及病理学信息。
此外，相比于传统的切片和染色技术，全息显微成像技术可以避免损坏组织的情况，这对于判断病理学等信息非常重要。
三、全息显微成像技术的发展趋势由于全息显微成像技术在生物医学中的有效应用，近年来该领域受到了越来越多的关注。
全息显微成像技术还可以结合其他成像技术和分析技术进行联合应用，从而得到更加精确的生物信息和病理学信息。
数字全息显微测量技术的发展与最新应用
数字全息显微测量技术的发展与最新应用
数字全息显微测量技术是检测显微样本微观结构的重要手段,具有系统简单、非入侵、动态性好等特点,是一种很好地具有应用前景的技术.综述了数字全息显微测量技术的发展,分析并比较了数字全息显微测量技术与其它显微测量技术的特点;归纳并分析了数字全息显微测量技术的典型光路系统及其特点;总结了数字全息显微测量技术的数值再现算法和误差抑制技术;列举了数字全息显微测量技术的最新应用.
作者：周文静于瀛洁陈明仪ZHOU Wen-jing YU Ying-jie CHEN Ming-yi 作者单位：周文静,ZHOU Wen-jing(上海大学,精密机械工程系应用光学与检测实验室,上海,200072;广东海洋大学,信息学院自动化系,广东,湛江,524088)
于瀛洁,陈明仪,YU Ying-jie,CHEN Ming-yi(上海大学,精密机械工程系应用光学与检测实验室,上海,200072)
刊名：光学技术ISTIC PKU英文刊名：OPTICAL TECHNIQUE 年，卷(期)：2007 33(6) 分类号：O438.1 关键词：光学测量显微结构测量数字全息显微技术数值再现误差抑制。
数字全息显微技术数字全息显微术是把数字全息和全息显微相结合,用CCD代替传统的全息干板实现全息显微过程。
数字全息显微术与传统的显微术相比能够记录和再现物体的三维信息、具有较高的分辨率、对样本的影响较小、设备简单等优点。
因此它广泛应用于生物细胞观测、微观粒子成像和跟踪、聚合物粒子生长检测、微电路的检测等多个领域。
论文从光学全息的原理出发,介绍了数字全息的记录和再现原理。
分析并讨论了实现数字全息应该满足的实验条件。
研究了透射式傅里叶变换全息术基本理论,并设计了实验光路,通过傅里叶变换法得到物体的再现像。
讨论了数字全息显微术的两种放大方式,并重点研究了预放大离轴菲涅耳数字全息显微术。
设计预放大离轴菲涅耳全息光路,并对洋葱细胞和百合的茎细胞进行了再现,通过对分辨率板的定标的方法,测量了草履虫的大小。
同主题文章[1].徐国雄,黄震,倪旭翔,陆祖康. 悬浮阵列及CCD凝结成像检测方法' [J]. 浙江大学学报(工学版). 2004.(11)[2].李克宽,范诚. 一种永久性光刻全息图' [J]. 四川大学学报(自然科学版). 1990.(02)[3].张敏,郜超军. 全息照相实验的教学探讨' [J]. 大学物理实验.2005.(01)[4].肖体乔，徐至展，陈建文，朱佩平，寇雷刚，程亚. 全息图的数字重现' [J]. 光学学报. 1995.(02)[5].徐莹,赵建林,向强,秦川,范琦. 无透镜傅里叶变换全息图数值再现中的图像处理' [J]. 光学学报. 2004.(11)[6].屈大德. 数字全息技术概论' [J]. 光子学报. 1980.(01)[7].赝大景深全息图的性质和应用' [J]. 激光与光电子学进展. 1994.(08)[8].袁操今,翟宏琛,王晓雷,吴兰. 采用短相干光数字全息术实现反射型微小物体的三维形貌测量' [J]. 物理学报. 2007.(01)[9].王国志,王正荣. 利用付里叶变换全息图进行高速全息分幅摄影' [J]. 光子学报. 1980.(01)[10].陈仲裕,施志果,郑辉. 用计算机产生全息图' [J]. 中国激光. 1981.(07)【关键词相关文档搜索】：光学; 数字全息术; 傅里叶变换数字全息; 数字全息显微术; 全息放大; 预放大菲涅耳数字全息【作者相关信息搜索】：苏州大学;光学;顾济华;高本利;。
基于深度学习的离轴数字全息显微成像技术研究随着科技的不断发展，数字全息显微成像技术已经成为生物医学、材料科学以及光学等领域中的研究热点。
然而，传统的数字全息显微成像技术在成像过程中存在一些局限性，如分辨率较低、计算复杂度高等问题。
因此，基于深度学习的离轴数字全息显微成像技术的研究备受关注。
离轴数字全息显微成像技术是一种利用光的干涉原理进行成像的技术。
它通过记录样品的全息信息，并利用计算机算法进行重建，从而实现对样品的高分辨率成像。
然而，传统的离轴数字全息显微成像技术在成像过程中需要进行大量的计算，并且受到光源的相干性和样品的折射率等因素的影响，导致成像结果不够准确。
而基于深度学习的离轴数字全息显微成像技术则能够有效地解决这些问题。
深度学习是一种基于人工神经网络的机器学习方法，它能够通过大量的样本数据进行训练，并自动学习到样本之间的特征和关系。
在离轴数字全息显微成像技术中，深度学习可以通过构建适应性的神经网络模型，实现对样品的全息信息进行高效准确的重建。
例如，可以利用卷积神经网络对全息图像进行特征提取，然后通过反卷积神经网络进行重建，最终得到高质量的样品成像结果。
基于深度学习的离轴数字全息显微成像技术具有许多优势。
首先，它能够提高成像的分辨率和准确度，使得用户可以更清晰地观察样品的细节。
其次，它能够降低计算复杂度，实现实时的成像处理。
此外，基于深度学习的离轴数字全息显微成像技术还具有较好的鲁棒性，能够适应不同的光学参数和样品类型。
然而，基于深度学习的离轴数字全息显微成像技术也面临一些挑战。
首先，深度学习算法需要大量的样本数据进行训练，而获取大量的全息样本数据是一项困难且耗时的任务。
其次，深度学习算法的训练和调优过程需要较高的计算资源和时间成本。
因此，未来的研究需要进一步改进和优化基于深度学习的离轴数字全息显微成像技术，以便更好地满足实际应用的需求。
综上所述，基于深度学习的离轴数字全息显微成像技术是一项具有广阔应用前景的研究领域。
浅析“数字全息显微术”
作者：谢建军蒲俊红
来源：《中国科技术语》2014年第07期
摘要：全息术是一种获取三维影像的技术，显微镜是观察微小物体的工具，而数字全息显微术就是将全息术与显微镜相结合的技术。
文章介绍了数字全息显微术的原理、特点以及应用。
关键词：全息，三维成像，显微
中图分类号：N04；TN26 文献标识码：A 文章编号：1673-8578（2014）S1-0041-03
Digital Holographic Microscopy
XIE Jianjun PU Junhong
Abstract：Holography is the technology to get threedimensional image of a object. Microscope is the tool to observe a microobject. Digital holographic microscopy combines the holography and microscopy. The article introduces the principle， characteristics and application of the digital holographic microscopy.
Keywords：holography ， threedimensional image， microscopy
收稿日期：2014-06-26
作者简介：谢建军（1977—），男，湖南邵阳人，硕士，国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心发明专利审查员，研究方向为光信息处理技术等。
通信方式：
xiejianjun126@。
引言
传统全息术是一种获取三维图像的技术，能够将物体的灰度和形状信息记录在全息干板上，通过显影定影后制成全息图，用光照射全息图就能看到物体的三维影像。
显微镜是观察微小物体的工具，通过目镜能看到微小物体的放大图像。
随着激光技术、数码技术以及计算机技术的发展，数字全息显微术应运而生。
数字全息显微术通过数码相机获取被摄物体的全息图，从而获得数字化的全息图；且由于使用了显微物镜，获得的全息图是被摄物体局部细节的放大图像。
通过数字全息显微术，并且通过通信网络的传送，人们在显示器上就能够随时随地观看物体的三维显微图像。
为了使读者对数字全息显微术有所了解，下面针对该技术的原理、特点以及应用前景进行简要的介绍。
一数字全息显微术的原理
数字全息显微术分为两个阶段：第一阶段是全息图的记录，第二阶段是全息图的再现。
下面参照图1介绍数字全息显微术。
1.全息图的记录
图1为记录全息图的光学系统。
氦氖激光器（HeNe laser）发出激光束通过半波片经偏振分束棱镜（PBS）分为两束光，其中一束光经反射镜M1反射后经扩束准直器（expander）后形成平行光，该
图1 数字全息记录系统
平行光照射透明物体（sample）后进入显微物镜1（MO1），通过显微物镜1后经分束棱镜（BS）到达图像传感器（CCD）。
由于该光束透射透明物体，携带了物体的信息，从而被称为物光。
经偏振分束棱镜分出的另一束光经一半波片后通过扩束准直器后经反射镜M2反射进入显微物镜2（MO2），经显微物镜2后经分束棱镜到达图像传感器，该光束没有携带物体信息，称为参考光。
物光和参考光在图像传感器上形成干涉图样，称之为全息图；由于是记录在图像传感器上，光信号转换为电信号，即全息图被数字化，因此被称为数字全息图。
这里需要说明两点：第一，由于在物体前使用了显微物镜1，其用于显微成像，所以得到的是物体的显微图像；第二，显微物镜2的作用并不是用于显微成像，因此，记录全息图时可有可无，是否使用显微物镜2，决定了第二阶段中全息图再现中使用的模拟参考光的种类。
2.全息图的再现
传统全息图的再现指的是使用参考光波照射全息干板上的全息图，从而获得物体的三维影像。
与传统全息图的再现不同，数字全息图的再现是在计算机中使用模拟参考光与图像传感器获得的数字全息图做乘法运算，从而获得物体的数字三维图像。
图1的光学系统中参考光经过的光路中使用了显微物镜2，因此决定了在全息图的再现中使用的模拟参考光为球面参考光，具体而言就是一个球面波的数学表达式，该球面波的半径等于物体到图像传感器的距离。
如果参考光路中不使用显微物镜2，参考光为一平面参考光，则在全息图的再现中使用的模拟参考光为平面参考光，具体而言就是平面光波的数学表达式。
二数字全息显微术的特点
从数字全息显微术的名称来看，可知其具有三个技术领域的特点。
首先是数字技术领域。
由于数字全息显微术是用图像传感器记录全息图，所以获得的全息图是数字全息图，具有普通数字图像的特点：能够通过网络传输到世界任何地方；能够存储在存储设备中，对存储条件没有任何要求；能够在计算机中进行图像处理，在对数字全息图再现
前可以进行滤波处理，在图像的频域能够滤除不需要的频率成分，从而起到图像滤除噪声的作用，这个特点是传统全息图不具有的。
其次是全息技术领域。
由于数字全息显微术记录的是数字全息图，与其他数字图像相比，除了具有物体的灰度信息外，还具有物体的相位信息，即物体的三维形状信息。
通过物体的相位信息，从而能够还原物体的三维形状，这个特点是普通数字图像不具有的。
最后是显微技术领域，数字全息显微术能够记录和再现物体的灰度和相位信息，且具有较高的分辨率，其分辨率可以达到亚微米量级，尤其适合对生物细胞的观察测量。
对生物细胞进行观察时，数字全息显微术以非接触的方式测量记录样本，对样本无损害，因此可以对活体生物细胞进行研究。
三数字全息显微术的研究进展及应用前景
数字全息显微术在显微测量领域具有广泛的应用，如在生物细胞观测、粒子场观测、物体微小变形的测量、物体微小形貌测量等领域都有研究应用。
在微光学元件使用过程中，其面形误差、表面粗糙等技术参数直接影响微纳光学元件以及整个光学成像系统的性能，因此定量检测微纳元件的三维面形信息成为微光学元件和微纳系统发展中的重要技术问题。
近年提出的激光扫描共聚焦显微术、扫描隧道显微术和原子力显微镜等多种显微成像技术，均需要精确的扫描装置，导致系统结构复杂。
数字全息显微术具有全视场、非接触和无损伤的优势，它的出现为微纳元件的三维面形检测提供了一种新的方法，是目前最具发展潜力的微纳结构检测技术。
瑞士学者科隆（T. Colomb）等[1]利用数字全息显微术对微镜这种微电力机械系统（MEMS）元件进行了动态监测，并取得了很好的检测效果。
在生物医学和生命科学研究中，人们期望通过这种可视化的观测获得细胞的形态和内部结构、生理学参数、细胞动态特性等。
数字全息显微术尤其适用于生物样品的测量。
目前，国内外许多研究机构都正在致力于这方面的研究。
瑞士的C.Depeursinge研究组，测量了上皮细胞、花粉、活的阿米巴原虫和老鼠神经元细胞的生理学参数，利用反射型和透射型离轴预放大数字全息系统均获得了0.5微米的横向分辨率，纵向分辨率分别为20纳米和40纳米，并且基于此基础上成立了Lynee Tee 高技术公司，发展了仪器化的数字全息显微镜[2-3]。
参考文献
[1] Krhn J， Colomb T， Montfort F，et al. Realtime dualwavelength digital holographic microscopy for MEMS characterization[J]. SPIE， 2007， 6716（8）：1-10.
[2] Charriere F， Rappaz B， Kuhn J， et al. Influence of Shot Noise on Phase Measurement Accuracy in Digital Holographic Microscopy [J]. Opt.Express，2007，15（14）：8818-8831.
[3] Colomb T， Krivee S， Hutter H， et al. Digital holographic reflectometry [J]. Opt. Express，2010，28（4）：3719-3731.。
