一种双波长反射式数字全息显微镜的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及数字全息成像技术领域，具体设及一种双波长反射式数字全息显 微镜。
【背景技术】
[0002] 数字全息(Digital化Iography)，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CCDXMOS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W下优点：
[0003] ( -）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W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；
[0004] (二)通过数字再现，可W同时得到物光波的强度分布和位相分布的定量图像。
[0005] 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W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记录经光波干设形成的全息图，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W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=维信息，因此大多数应用是利用位相图像。
[0006] 由于不论参与干设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!>兩对之间的，因此存在称之为包裹位相或23T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。
[0007] 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W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设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（Jonas Kiihn, Tristan Colomb, Frgdgric Montfort, Florian Charriere, Yves Emery, Etienne Cuche, Pierre Marquet, and Christian Depeursinge. Real-time dual-wavelength digital holographic microscopy with a single hologram acquisition [J]. Optics Express, 2007, 15 (12): 7231-7242.)，不利于推广应用。 【实用新型内容】
[000引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：
[0009] -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设条纹的方向不一致;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 和参考光束进行干设，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。
[0010] 本实用新型中，可W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。
[0011] 作为优选，所述第一激光器和第二激光器间隔九十度设置。
[0012] 作为优选，本实用新型还包括依次设置于第一激光器与立方分束棱镜之间的第一 空间光滤波器和第一扩束准直透镜，依次设置于第二激光器与立方分束棱镜之间的第二空 间光滤波器和第二扩束准直透镜。
[0013] 空间光滤波器和扩束准直透镜分别对激光器发出的光束进行滤波和扩束准直。
[0014] 作为优选，消色差显微物镜的后焦点和消色差透镜的前焦点重合，构成一组合光 学系统。
[0015]作为优选，消色差透镜为正透镜。
[0016] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果：
[0017] 本实用新型用于反射式样品表面3D显微成像，两束不同波长的激光束共用一个光 路和光学元件，使得装置结构相对简单，制造成本更低，使用时更加简单，便于推广使用。
【附图说明】
[0018] 图1是本实用新型的结构示意图。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细说明。
[0020] 实施例：如图1所示，一种双波长反射式数字全息显微镜，包括第一激光器1、第二 激光器2、立方分束棱镜7、光程延长器8、第一反射镜9、色散棱镜IO、立方合束棱镜11和摄像 器件17,还包括第二反射镜12、消色差透镜13、消色差显微物镜14和样品台16,其中，第一反 射镜9、色散棱镜10和立方合束棱镜11的相对位置使得两种波长分别对应的全息干设条纹 的方向不一致，第一激光器1和第二激光器2输出两束波长不同的光束，两光束分别沿立方 分束棱镜7两个不同侧面的法线方向射入立方分束棱镜7内，从立方分束棱镜7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8、第一反射镜9反射入色散棱镜10,色散棱镜10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11，再射入摄像器件17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11，再经消色差透镜13和消色 差显微物镜14照射放置在样品台上的样品15,被样品反射的光经过消色差显微物镜14和消 色差透镜13射入立方合束棱镜11内，将样品15成像到摄像器件17的像传感面上和参考光束 进行干设，形成双波长复合全息图；全息图被摄像器件17拍摄后，存入计算机18进行全息再 现。
[0021] 本实施例中，可W沿光轴方向适当移动调整消色差显微物镜14、消色差透镜13及 样品台16,从而使得消色差显微物镜14和消色差透镜13对样品的像面位于摄像器件17的像 传感面上;光程延长器8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。
[0022] 所述第一激光器1和第二激光器2间隔九十度设置。
[0023] 本实施例还包括依次设置于第一激光器1与立方分束棱镜7之间的第一空间光滤 波器3和第一扩束准直透镜5,依次设置于第二激光器2与立方分束棱镜7之间的第二空间光 滤波器4和第二扩束准直透镜6。
[0024] 空间光滤波器和扩束准直透镜分别对激光器发出的光束进行滤波和扩束准直。
[0025] 本实施例中，消色差显微物镜14的后焦点和消色差透镜13的前焦点重合，构成一 组合光学系统。
[00%] 本实施例中，消色差透镜13为正透镜。
[0027]本实施例中，第一激光器1为输出功率为3mW、波长为A=632.Snm的红光氮氛激光 器;第二激光器2为输出功率为3mW、波长为A=594nm的黄光氮氛激光器;空间滤波器3和4由 针孔和20倍显微物镜组成;扩束准直透镜5和6为焦距为60mm、直径30mm的K9玻璃平凸透镜； 立方分束棱镜7和立方合束棱镜11采用棱长为25.4mm、分光比为1:1的K9玻璃立方分光棱 镜；光程延长器8由4个K9玻璃锻银、直径40mm的平面反射镜组成；色散棱镜10为棱长为 25.4mm、K9玻璃45度等边S棱镜;反射镜9和12为K9玻璃锻银、直径40mm的平面反射镜;消色 差正透镜13用一个直径25.4mm、焦距60mm的双胶合消色差正透镜；消色差显微物镜14用复 消色差物镜;摄像器件17采用CC时暴像机。
【主权项】
1. 一种双波长反射式数字全息显微镜，其特征在于，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。2. 根据权利要求1所述的一种双波长反射式数字全息显微镜，其特征在于，所述第一激 光器和第二激光器间隔九十度设置。3. 根据权利要求1所述的一种双波长反射式数字全息显微镜，其特征在于，还包括依次 设置于第一激光器与立方分束棱镜之间的第一空间光滤波器和第一扩束准直透镜，依次设 置于第二激光器与立方分束棱镜之间的第二空间光滤波器和第二扩束准直透镜。4. 根据权利要求1所述的一种双波长反射式数字全息显微镜，其特征在于，消色差显微 物镜的后焦点和消色差透镜的前焦点重合，构成一组合光学系统。5. 根据权利要求1所述的一种双波长反射式数字全息显微镜，其特征在于，消色差透镜 为正透镜。
【专利摘要】本实用新型公开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、消色差显微物镜和样品台。本实用新型用于反射式样品表面3D显微成像，两束不同波长的激光束共用一个光路和光学元件，使得装置结构相对简单，制造成本更低，使用时更加简单，便于推广使用。
【IPC分类】G02B21/36, G03H1/08
【公开号】CN205384407
【申请号】CN201620182264
【发明人】钟金钢, 李仕萍
【申请人】暨南大学
【公开日】2016年7月13日
【申请日】2016年3月10日