[实用新型]一种双波长反射式数字全息显微镜

说明书

技术领域

本实用新型涉及数字全息成像技术领域，具体涉及一种双波长反射式数字全息显微镜。

背景技术

数字全息（DigitalHolography），是普通全息术、计算机技术、电子摄像技术相结合的产物。数字全息术和普通全息术的记录过程基本相同，不同的是用CCD、CMOS等电子摄像器件代替全息干版来记录全息图，并将记录的全息图存入计算机。数字全息术的再现过程和普通全息术也不同，其是用数值计算方法对存入计算机的全息图进行全息再现。和普通全息术比较，数字全息有以下优点：

（一）由于用电子摄像器件代替全息干版来记录全息图，所需的曝光时间可以很短，没有化学银盐干版的湿处理过程，可连续记录运动物体的各个瞬间过程，实现视频下的连续实时在线全息记录；

（二）通过数字再现，可以同时得到物光波的强度分布和位相分布的定量图像。

数字全息显微镜是数字全息技术和显微成像技术结合的产物，可以对微小物体进行显微成像，在生物医学等方面具有重要的应用前景。现有的数字全息显微镜的工作过程分为二个步骤，一是用CCD或CMOS记录经光波干涉形成的全息图，然后将全息图存入计算机；二是用计算机模拟光学衍射过程，通过数值计算来实现被记录物体的全息再现。通过全息再现，可以同时获得被记录物体的幅度图像和位相图像，而位相图像包含了被记录物体的三维信息，因此大多数应用是利用位相图像。

由于不论参与干涉的两光波的位相差是多少，全息再现算法获得的位相值都是介于之间的，因此存在称之为包裹位相或位相不确定的问题。为了获取被记录物体的真实位相图像，就必须进行位相解包裹处理。但是，由于不连续或突变的出现，在不连续或突变点，位相解包裹会出现错误。为了更有效地对不连续或突变点进行位相解包裹，有人提出了双波长数字全息技术，即采用具有两种波长的激光束来记录全息图，利用两种波长分别对应的包裹位相图像联合进行位相解包裹。

双波长数字全息技术，相对单波长数字全息技术，在全息记录装置上，要考虑以下两方面的问题：一是要保证两种波长分别对应的包裹位相图像的同一位置像素点对应样品的同一点；二是要保证两种波长分别对应的全息干涉条纹的方向有一较大角度，使得双波长复合全息图傅里叶谱中，与两个波长对应的一级分量尽量分离。为了满足上述条件，目前采用的双波长数字全息记录装置过于复杂（JonasKühn,TristanColomb,FrédéricMontfort,FlorianCharrière,YvesEmery,EtienneCuche,PierreMarquet,andChristianDepeursinge.Real-timedual-wavelengthdigitalholographicmicroscopywithasinglehologramacquisition[J].OpticsExpress,2007,15(12):7231-7242.），不利于推广应用。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决现有技术的缺陷，提供一种双波长反射式数字全息显微镜，用于反射式样品表面3D显微成像，采用的技术方案如下：

一种双波长反射式数字全息显微镜，包括第一激光器、第二激光器、立方分束棱镜、光程延长器、第一反射镜、色散棱镜、立方合束棱镜和摄像器件，还包括第二反射镜、消色差透镜、消色差显微物镜、样品台和计算机；其中，第一反射镜、色散棱镜和立方合束棱镜的相对位置使得两种波长分别对应的全息干涉条纹的方向不一致；第一激光器和第二激光器输出两束波长不同的光束，两光束分别沿立方分束棱镜两个不同侧面的法线方向射入立方分束棱镜内，从立方分束棱镜的另两个侧面的法线方向分别各出射一束双波长混合的激光束；其中一束为参考光束，参考光束经光程延长器、第一反射镜反射入色散棱镜，色散棱镜将光束分离成传播方向稍有不同的两单波长激光束，两单波长激光束再一起射入一立方合束棱镜，再射入摄像器件内；另一束为物光束，物光束经第二反射镜反射入立方合束棱镜，再经消色差透镜和消色差显微物镜照射放置在样品台上的样品，被样品反射的光经过消色差显微物镜和消色差透镜射入立方合束棱镜内，将样品成像到摄像器件的像传感面上和参考光束进行干涉，形成双波长复合全息图；全息图被摄像器件拍摄后，存入计算机进行全息再现。

本实用新型中，可以沿光轴方向适当移动调整消色差显微物镜、消色差透镜及样品台，从而使得消色差显微物镜和消色差透镜对样品的像面位于摄像器件的像传感面上；光程延长器可调，使参考光束和物光束到达摄像器件的像传感面的光程差小于激光器的相干长度。