[发明专利]基于二维相位光栅和点衍射的双视场数字全息检测方法

摘要

本发明涉及一种基于二维相位光栅和点衍射的双视场数字全息检测装置与方法。装置包括波长为λ的光源(1)、线偏振片Ⅰ(2)、准直扩束装置(3)、测量窗口(4)、待测物体(5)、第一透镜(6)、二维相位光栅(7)、孔阵列(8)、线偏振片Ⅱ(9)、线偏振片Ⅲ(10)、第二透镜(11)、光阑(12)、图像传感器(13)、计算机(14)。本技术通过二维相位光栅的分光和引入载波的作用实现视场的平移和频域的分离，并且通过偏振片组避免两束物光间的干涉来减小频谱间的串扰。本发明简单易行，调整方便，图像传感器的视场利用率高；全息图载波频率映射关系简单，可通过光栅离焦量简单精确控制，系统载波频率的复杂度低、相位恢复算法效率高。

主权项

1.一种基于二维相位光栅和点衍射的双视场数字全息检测装置的检测方法，所述检测装置包括波长为λ的光源(1)、线偏振片Ⅰ(2)、准直扩束装置(3)、测量窗口(4)、待测物体(5)、第一透镜(6)、二维相位光栅(7)、孔阵列(8)、线偏振片Ⅱ(9)、线偏振片Ⅲ(10)、第二透镜(11)、光阑(12)、图像传感器(13)、计算机(14)，波长为λ的光源(1)发射的光束经线偏振片Ⅰ(2)调制后入射至准直扩束装置(3)，准直扩束后的出射光束经过待测物体(5)后入射至第一透镜(6)，经第一透镜(6)汇聚后的出射光束通过二维相位光栅(7)后衍射形成x方向±1级次和y方向+1级次后，其中y方向+1级次经孔阵列(8)上小孔B滤波后形成参考光、x方向±1级次通过大孔A1和A2后调制成偏振态正交的两束物光入射至第二透镜(11)，透射的衍射光束经光阑(12)整形后入射至图像传感器(13)的光接收面接收，图像传感器(13)的图像信号输出端连接计算机(14)的图像信号输入端；线偏振片Ⅱ(9)和线偏振片Ⅲ(10)分别贴合放置在孔阵列(8)的大孔A1和大孔A2处，偏振态正交；第一透镜(6)和第二透镜(11)的焦距都为f；待测物体(5)位于第一透镜(6)的前焦面上；二维相位光栅(7)位于第一透镜(6)的后焦f‑△f处并且位于第二透镜(11)的前焦f+△f处，其中△f为离焦量，△f大于0并且小于f；图像传感器(13)位于第二透镜(11)的后焦面上；二维相位光栅(7)的x方向周期dx与测量窗口(4)沿x轴方向的宽度D之间满足关系：dx＝2λf/D；待测物体(5)贴合测量窗口(4)放置，待测物体(5)沿x轴方向的长度小于或等于D；其特征在于：检测方法实现过程如下：打开波长为λ的光源(1)，使波长为λ的光源(1)发射的光束经线偏振片Ⅰ(2)和准直扩束装置(3)后形成平行偏振光束，所述平行偏振光束通过测量窗口(4)和待测物体(5)后，再依次经过第一透镜(6)和二维相位光栅(7)，形成的衍射级次通过傅里叶平面的孔阵列(8)，x方向的±1级衍射光束分别通过大孔A1和大孔A2并被调制成偏振态互相正交的两束物光，y方向的+1级衍射光束经过小孔(B)点衍射得到参考光，三束光通过第二透镜(11)在图像传感器(13)平面上产生干涉，将计算机(14)采集获得的干涉图样根据测量窗口(4)小窗口的尺寸分割获得1幅干涉图样I，通过计算得到待测物体的相位分布其中，On为待测物体的复振幅分布,Im()表示取虚部,Re()表示取实部，O_n＝FT^‑1{C[FT(I)*F_n]}其中，FT表示傅里叶变换，FT^‑1表示逆傅里叶变换，F_n为对应滤波器，C()为裁剪频谱置中操作。