用于记录伽柏全息图的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于记录伽柏（gabor)全息图的方法和设备。
【背景技术】
[0002] 由于显微镜透镜的高数值孔径和高放大率，光学显微术常受限于小的景深。所以， 提高它是光学显微术中的一个重要目标。一种能够令记录成失焦的物体再聚焦的方案是基 于数字全息显微术（DHM)，其中全息图是用C⑶相机记录。该全息图的再现或再聚焦是通 过数字计算进行。数字全息显微术是一种有大量应用的新兴技术，这归功于其定量的相衬 (phasecontrast)成像和其在深度上的物体再聚焦。
[0003] 全息图是通过记录物体所散射光和非散射光束即参考光束之间的光学干涉图样 而获得。有几种途径实现此记录方案。
[0004] 存在物体光束和参考光束被分成两个不同光路的干涉构型。物体光束被物体散射 后，这些光束重组于其正在发生干涉的相机传感器上。
[0005] 归功于数字全息图处理，这些构型提供再聚焦和定量的相衬成像，并适用于当前 日益增多的应用。
[0006] 在同轴数字全息显微术中，有唯一光束以透射照明物体。被物体衍射的光束 (物体光束）与周围的非衍射光束（参考光束）在记录平面上发生干涉，例如Z.Gorocs 等在Proc.ofSPIEVol.7568 75681P-1 的"multi-colordigitalholographic microscope(DHM)forbiologicalpurposes(用于生物目的的多色数字全息显微术 (DHM))"中所描述。在物体和记录平面之间有无透镜都可实现该过程。可选透镜的作用是 为了适应放大率。
[0007] 当紧凑性是关键点时，常采用同轴全息，以透射照明，物体和传感器之间无透 镜，也无单独的参考光束，例如JorgeGarcia-Sucerquia等在APPLIEDOPTICS(应 用光学）45,836-850 (2006)或S.K.Jericho等在Rev.Sci.Instrum. 77,043706;doi: 10. 1063/1.2193827(2006)中所描述。在这种构型中，如图1所示，相干照明光束入射在物 体上。由物体所散射的光束部分入射在传感器上，在此与非散射的照明光束发生干涉。这 基本上就是第一伽柏构型〇).Gabor，Proc.Roy.Soc.Ser.A197,454(1949))，其中经典的照 相底板被相机传感器所替换以通过计算机进行全息再现。
[0008] 在同轴全息中，记录的强度以下式表达：
[0009] i(x,y) = |r(x,y) +〇 (x,y) 12= |r| 2+1o12+o*r+or* (1)
[0010] 其中（X，y)是探测器上的空间坐标，r(x，y)是参考光束（未被物体所衍射的光 束）而o(x，y)是物体光束（被物体所衍射的光束）。为简明起见，我们在方程⑴右边略 去了空间依赖（x，y)。设物体尺寸相对于到传感器的距离很小，则|〇|2可忽略。
[0011] 参考光束强度|r|2能够是一次性记录，并且对方程（1)可减掉。结果为：
[0012] i'=〇*r+or* (2)
[0013]下面，我们将假设对|r|2的抑制总是被执行。
[0014] 式（2)描述所记录的全息图。如果我们假设参考光为垂直于传感器传播的平面 波，我们得到i' =A(，+o)，其中A为常数。通过在i'上应用在距离-d上的基尔霍夫-菲 涅尔（KF)传播，获得用离焦距离为记录的物体的再聚焦。我们将此操作记为\=R[-d] i'。当i'是由物光的振幅与其复共轭相加组成时，KF传播的应用导致被再聚焦的物体增 加了称为孪生像的第二项。
[0015] 在干涉实现方面，同轴全息术受到两个缺点影响，即：
[0016] -伴随任何再聚焦物体出现的孪生像，
[0017] -基本上没有直接记录的光学相位信息，其大幅减少了所记录的信息量。
[0018] 然而，光学相位信息直接联系到DHM的定量相衬成像能力，而且在用于测量样本 (活细胞......）的光学厚度的大量应用中是很重要的。必须注意到孪生像是由在记录平 面中不知道光学相位信息这一事实而造成。如果有方法获得相位信息，它就可以和通过同 轴全息术获得的强度信息结合起来。那么孪生像将在数字全息再聚焦期间被去掉。
[0019] 通过光纤进行全息图传输已见于专利文献JP60/042178A，但在提出的配置中，唯 一的光纤在光纤的两端被同步扫描，这增加了复杂度和系统的尺寸。在该文献中，通过扫描 过程在近端处再现全息图。由于扫描速率限制，这样的设备还表现出不能成像移动物体的 缺点。
[0020] 小型化是一个重要的主题，因为能够在减小尺寸的试验设备比如"片上实验室 (labonchip)"设备上进行测量的需求日益增加。还有一个需求是能够实现不干扰试验进 程的"现场（insitu)"测量探测器。
[0021] 发明目的
[0022] 本发明目的是进一步提高同轴全息术的小型化并且得益于所获得的紧凑性，以便 尤其是利用光学相位信息的恢复，进一步改善数字全息工艺。
【发明内容】
[0023] 本发明涉及一种用于记录伽柏全息图的全息探测器设备，包括
[0024] -包括远端和近端的相干光纤束；
[0025] -光学耦接到所述相干光纤束近端的记录介质；
[0026] _光源，使用时生成单个光束，照明所述相干光纤束远端和要被观察的物体。
[0027] 优选地，所述光源从由LED、激光器和气体放电管组成的组中选择。
[0028] 有利地，所述光源包括用于引导来自所述光源的光并形成光束的光纤。
[0029] 优选地，所述记录介质是CMOS或(XD图像传感器。
[0030] 有利地，所述记录介质通过直接接触或通过透镜光学耦合到所述相干光纤束的近 端，所述透镜将所述相干光纤束的近端的像形成在所述记录介质上。
[0031] 本发明的另一方面涉及一种包括多于一个根据本发明的全息探测器设备的光学 设备，用于在不同角度下同时记录同一物体的多于一个全息图。
[0032] 优选地，至少两个根据本发明的全息探测器设备被布置成它们的远端（前记录平 面）彼此垂直。
[0033] 有利地，两个根据本发明的全息探测器设备的远端在相反方向上布置在相同的轴 线上。（平行的前记录平面或远端）
[0034] 优选地，每个全息探测器设备的每个相干光纤束的近端光学耦合到相反的全息图 记录设备的光源。
[0035] 本发明的优势是，在所述物体与所述光纤束远端之间没必要存在透镜，用于形成 无透镜全息图。
[0036] 本发明的第三方面涉及一种用于记录伽柏全息图的方法，包括以下步骤：
[0037] _提供包括远端和近端的相干光纤束，所述近端被光学耦合到记录介质；
[0038] -通过单个至少部分相干光束照亮所述相干光纤束远端和要被观察的物体，由此 在相干束的远端上产生伽柏全息图；
[0039] -在所述平面记录介质上记录通过所述相干光纤束传输的所述伽柏全息图。
[0040] 优选地，通过利用多于一个光束，每个光束照明单独的相干光纤束，记录多于一个 伽柏全息图。
【附图说明】
[0041] 图1示出同轴全息图记录布局。
[0042] 图2示出按照本发明用于记录伽柏全息图的同轴全息探测器设备的示例。
[0043] 图3示出能够被用在本发明中的照明方案的示例。
[0044] 图4示出能够被用在本发明中的照明方案的示例。
[0045] 图5示出在相干光纤束近端处的记录方案的示例。
[0046] 图6示出光学设备的示例，所述光学设备包括多于一个的根据本发明的全息探测 器设备，其远端记录平面彼此垂直。
[0047] 图7示出光学设备的示例，所述光学设备包括多于一个的根据本发明的全息探测 器设备，其远端记录平