[发明专利]基于改进迈克尔逊结构的圆载频数字全息检测装置及方法

说明书

本申请提供了一种基于改进迈克尔逊结构的圆载频数字全息检测装置及方法，检测装置包括光源、准直扩束系统、第一透镜、非偏振分光棱镜、平面反射镜、小孔反射镜、第二透镜、图像传感器。方法是利用非偏振分光棱镜将入射光束分成参考光和物光；参考光照射在小孔反射镜上并被反射；物光照射在离焦放置的平面反射镜上并被反射；经过反射的参考光和物光，再次经非偏振分光棱镜汇合，并通过第二透镜形成一幅圆载频全息图，被图像传感器采集到计算机中；代入公式计算获得待测物体的相位分布。本申请兼顾了CCD带宽利用率、CCD视场利用率、测量实时性、系统稳定性、系统复杂性和操作灵活性，不需偏振元件、反射光栅等特殊光学元件，结构简单，成本低。

技术领域

本发明属于数字全息检测领域，特别涉及一种基于改进迈克尔逊结构的圆载频数字全息检测装置及检测方法。

背景技术

数字全息检测方法因其非接触、分辨力高、无须对样品做特殊处理等独特优点，已被广泛应用于微结构、生物医学、形变等领域的检测与评价。数字全息技术基于干涉原理，根据干涉光路的不同，常用的数字全息方法可分为共路数字全息和分离光路数字全息两种。其中，分离光路数字全息方法由于两支路独立，外界振动、温度起伏等干扰对参考光束和测量光束的影响不同。而在共路数字全息方法中，参考光束和测量光束经过相同的光学路径进行干涉，故对外界振动、温度起伏等干扰不敏感，具有抗干扰能力强等优点。在众多共路数字全息方法中，共路点衍射数字全息方法是较为典型，并且是应用广泛的一种方法。但早期的点衍射数字全息方法仍受限于小孔制配困难，相移操作复杂等不足。为了弥补以上不足而进行的有益尝试，近年来受到广泛关注。

西安光机所的郭荣礼等提出了一种基于改进迈克尔逊结构的反射式点衍射时间相移数字全息显微方法(R.Guo,B.Yao,P.Gao,J.Min,J.Zheng,T.Ye.“Reflective Point-diffraction microscopic interferometer with long term stability.”ChineseOptics Letters 2011,9(12):120002.)，通过改进迈克尔逊结构，在一个标准的反射式4f光学系统中利用非偏振分光棱镜产生两光束，其中一光束经过小孔反射镜的滤波形成参考光，另一光束则被平面反射镜反射而作为物光，两光束经非偏振分光棱镜再度汇合将生成全息图。结合偏振相移技术，该方法分别曝光采集四幅相移全息图，虽然视场利用率高，但系统实时性差，无法测量动态过程。

西安光机所的郭荣礼等提出了一种基于改进迈克尔逊结构的反射式点衍射同步相移数字全息显微方法(R.Guo,B.Yao,P.Gao,J.Min,J.Han,X.Yu,M.Lei,S.Yan,Y.Yang,D.Dan,T.Ye.“Parallel on-axis phase-shifting holographic phase microscopybased on reflective point-diffraction interferometer with long-termstability.”Applied Optics 2013,52(15):3484-3489.)，通过在改进迈克尔逊结构中引入光栅、透镜和偏振片组构成的分光调制单元，可以单次曝光采集两幅具有正交相移的全息图，有效提高了检测方法的实时性。但该方法仍需大量偏振器件，且系统复杂不易调整，相位恢复算法也对物光和参考光的光强有特殊要求。

为简化系统结构，减少系统条件限制，本发明的发明人曾提出系列基于改进迈克尔逊结构的反射式点衍射共路数字全息检测方法与装置，如专利授权公告号CN104165582B的专利文件中公开的“一种基于反射光栅的相移点衍射干涉检测装置及检测方法”和专利授权公告号CN 104457559B的专利文件中公开的“一种基于反射光栅的同步相移点衍射干涉检测方法”，在改进迈克尔逊结构中引入反射光栅，通过一次曝光获得三幅相移全息图完成实时检测。但是这些方法均需采用特殊的反射光栅。

发明内容

为了至少一定程度上克服相关技术存在的上述问题，本申请提供一种基于改进迈克尔逊结构的圆载频数字全息检测装置及检测方法。