[发明专利]一种双波长数字全息系统及方法

说明书

本发明涉及一种双波长数字全息系统及方法，其中，所述系统包括依次相连的LED照明模块、起偏器、偏振滤波装置、载物台装置、无限远成像显微物镜、镜筒透镜、正交光栅、第一透镜、空间滤波器、第二透镜及单色黑白图像传感器。本发明提供的技术方案，在简化系统架构的情况下，提高全息成像的精度。

技术领域

本发明涉及全息成像技术领域，具体而言，涉及一种双波长数字全息系统及方法。

背景技术

数字全息显微术是一种将传统的光学显微成像技术与全息成像技术相结合，定量地获得样品相位分布的高精度光学测量技术，具有无损伤、全视场、快速、非接触、高精度等特点，被广泛应用于表面微观形貌测量和生物细胞成像。传统的数字全息显微术需要先从全息图中构造包裹相位，然后使用解包算法将包裹相位展开为连续的相位图。其缺点也很突出，解包算法计算量较大，并且当样品有过高的跳变时可能会导致解包失败。为了解决上述问题，提出了双波长数字全息。

双波长数字全息相较于单波长数字全息显微术的优势在于，该技术通过选择两个波长来得到更大的合成波长，理论上可测量高度更高、跳变较大的样品。并且，该技术是使用两个波长的光束对样品进行测量，可以连续记录多张不同波长下的相位信息，求出两者的相位差后即可得到等效波长的相位图。由于合成波长大于任何一个引入的波长，因此该技术可极大地提升数字全息显微术的测量范围。

但是，在双波长数字全息的研究领域中，为了引入合成波长，通常需要两台不同波长的激光器，成本高昂的同时，两种不同波长的相干光源也在干涉光路中带来了大量的噪声，在很大程度上影响了相位恢复的精度。另一方面，目前大部分双波长数字全息技术都是基于马赫-曾德或迈克尔逊干涉仪的非共路结构，两个光束都会受到环境干扰，这就导致系统的时间稳定性较差，条纹不稳定，产生相当大的相位误差。

因此，目前亟需一种架构更加简洁，并且精度更加高的双波长数字全息系统。

发明内容

有鉴于此，有必要针对上述的问题，提供一种双波长数字全息系统及方法，在简化系统架构的情况下，提高全息成像的精度。

为实现上述目的，本发明一方面提供了一种双波长数字全息系统，所述系统包括依次相连的LED照明模块、起偏器、偏振滤波装置、载物台装置、无限远成像显微物镜、镜筒透镜、正交光栅、第一透镜、空间滤波器、第二透镜及单色黑白图像传感器，其中：

所述LED照明模块出射的光经过所述起偏器调整偏正方向后，垂直入射至所述偏振滤波装置，以通过所述偏振滤波装置生成两束波长不同且偏振方向相互正交的照明光波；

所述照明光波透过所述载物台装置上放置的待测样品，经所述待测样品散射后的成像光束被所述无限远成像显微物镜收集，并通过所述镜筒透镜汇聚后，透过所述正交光栅进行衍射；

所述正交光栅产生的0级衍射光按照原来的路径传播并透过所述空间滤波器后作为参考光，两束+1级衍射光经过所述第一透镜汇聚后透过所述空间滤波器后分别作为两束物光；

经所述空间滤波器滤波后的物光与参考光经所述第二透镜汇聚到所述单色黑白图像传感器的成像面上，并由所述单色黑白图像传感器捕捉和记录得到正交载频干涉条纹。

在一个实施方式中，所述偏振滤波装置包括沿光束传播方向依次设置的第一Wollaston棱镜、第三透镜、第一滤光片、第二滤光片、第四透镜以及第二Wollaston棱镜；

其中，所述第一Wollaston棱镜位于所述第三透镜的前焦面，所述第二Wollaston棱镜放置于所述第四透镜的后焦面上，所述第一滤光片和所述第二滤光片分布在所述第三透镜和所述第四透镜之间的不同路径上；

所述第一Wollaston棱镜用于将所述起偏器输出的线偏振照明光波剪切开角度，所述第一滤光片和所述第二滤光片用于产生不同波长的照明光波，所述第二Wollaston棱镜用于将所述不同波长的照明光波重新合束。