过镜筒透镜12和显微物镜13后，再次变成平行光照射待测样品14，然后被待测样品14反射的光经过显微物镜13和镜筒透镜12以及第二分束镜11后垂直照射相机15的成像平面，这一路称为物光光路；另外一路经过第二衰减片7衰减光强，依次被第四平面镜8、第五平面镜9反射，最后通过第二分束镜11倾斜照射相机15的成像平面，这一路参考光与物光干涉，形成的干涉图由相机15记录下来。
[0013]所述的第一激光器I和第二激光器16分别发出不同波长的激光，聚光镜针孔光阑3分别放置在集光镜2的后焦面位置，同时也是聚光镜4的前焦面位置，这样保证了入射的激光经过针孔滤波后出射的是平行光。
[0014]本发明基于双波长数字全息技术的反射式显微成像装置的第一激光器I和第二激光器16分别发出红色和绿色的激光，两束激光可选波长范围分别为620nm< λ ^ 760nm,500nm ^ λ 560nm，两束激光波长分别选取λ j= 632nm, λ 2= 525nm。相机15选用彩色相机，这两束激光产生的干涉图同时被彩色相机记录并且可以从红色通道和绿色通道中区分开来。另外，彩色相机也可以用单色相机代替，只需要在全息成像时让第一激光器I和第二激光器16分别打开，用单色相机依次记录下两幅全息干涉图即可。
[0015]所述第一衰减片18和第二衰减片7使用一片中性衰减片或由多片中性衰减片组成，或者由两片线偏振片组成，其作用是衰减参考光光强，使其与物光光强匹配，以提高干涉条纹的对比度。所有的平面镜的倾斜角度可自由调整，其最后倾斜角使反射的参考光与物光成3-8°的夹角，以实现离轴干涉。待测样品14、显微物镜13、镜筒透镜12与相机15构成了远心光学结构，其中待测样品14位于显微物镜13的前焦面位置，同时显微物镜13的后焦面与镜筒透镜12的前焦面重合，所述相机15位于镜筒透镜12的后焦面位置。
[0016]上述结构的基于双波长数字全息技术的反射式显微成像装置可以看出，本发明采用了双波长数字全息技术，使用两个不同波长的激光同时照射待测样品，最终再用这两幅双波长包裹相位图光学解包裹，求出样品的非包裹相位图，避免了复杂的相位解包裹过程，降低了后期计算处理的复杂度，提高了相位重建精度。
[0017]为了测试基于双波长数字全息技术的反射式显微成像装置以及方法的有效性，我们选取MEMS表面微结构样品进行数字全息显微成像。图2 (a)是彩色相机拍摄到的原始干涉图中红色通道的部分，即红色激光形成的干涉图；图2(13)是图2(a)经过傅立叶变换的频谱，图中用小框框出的是+1级谱；图2(c)是+1级谱平移到频谱中央后的结果；图2(d)是利用傅立叶逆变换求出的物体在红光下的包裹相位分布图；图2(e)是利用傅立叶逆变换求出的物体在绿光下的包裹相位分布图；图2(f)是利用双波长光学解包裹求出的物体的非包裹相位分布图。从图2(d)和图2(e)中可以看出直接由频谱求出的相位图不论在红光还是绿光下都是包裹相位图，相位包裹在[-1 η]之间，不利于观察和识别。而经过了双波长光学解包裹以后，从图2(f)中可以看出物体的相位信息得到了精确的解包裹，而且没有任何相位误差，证明使用本发明装置以及方法能够有效避免复杂的相位解包裹过程，降低后期计算处理的复杂度，提高相位重建精度。
【主权项】
1.一种基于双波长数字全息技术的反射式显微成像装置，其特征在于包括第一激光器(I)、第二激光器(16)、集光镜(2)、聚光镜针孔光阑(3)、聚光镜(4)、第一平面镜(10)、第二分束镜(11)、镜筒透镜(12)、显微物镜(13)、相机(15)、第六平面镜(17)、第一衰减片(18)与第二平面镜(19)、第三分束镜(20)，所述的聚光镜针孔光阑(3)放置在集光镜(2)的后焦面位置，同时也是聚光镜(4)的前焦面位置；其中第一激光器(I)发出的激光依次经过第三分束镜(20)、集光镜(2)汇聚到聚光镜针孔光阑(3)，光通过聚光镜针孔光阑(3)发散后又被聚光镜(4)收集变成平行光，再经过第一平面镜(10)反射被第二分束镜(11)分成两路:其中一路经过镜筒透镜(12)和显微物镜(13)后再次变成平行光照射待测样品(14)，然后被待测样品(14)反射的光经过显微物镜(13)和镜筒透镜(12)以及第二分束镜(11)后垂直照射相机的成像平面(15)，这一路称为物光光路；另外一路经过第一衰减片(18)衰减光强，被第二平面镜(19)反射，再通过第一衰减片(18)被衰减，最后通过第二分束镜(11)后倾斜照射相机(15)的成像平面，这一路参考光与物光干涉，形成的干涉图由相机(15)记录下来；与此同时，第二激光器(16)发出的激光经过第六平面镜(17)反射后经过第三分束镜(20)被反射，然后和第一激光器(I)发出的激光经过相同的光路，在相机(15)成像平面形成干涉图并被记录下来。2.—种基于双波长数字全息技术的反射式显微成像装置，其特征在于包括第一激光器(I)、第二激光器(16)、集光镜(2)、聚光镜针孔光阑(3)、聚光镜(4)、第一分束镜(5)、第三平面镜出)、第二衰减片(7)、第四平面镜(8)、第五平面镜(9)、第一平面镜(10)、第二分束镜(11)、镜筒透镜(12)、显微物镜(13)、相机(15)、第六平面镜(17)、第三分束镜(20)，所述的聚光镜针孔光阑(3)放置在集光镜(2)的后焦面位置，同时也是聚光镜(4)的前焦面位置；其中第一激光器(I)发出的激光依次经过第三分束镜(20)、集光镜(2)汇聚到聚光镜针孔光阑(3)，光通过聚光镜针孔光阑(3)发散后又被聚光镜(4)收集变成平行光，再被第一分束镜(5)分成两路:其中一路经过第一平面镜(10)反射后经过第二分束镜(11)，再经过镜筒透镜(12)和显微物镜(13)后变成平行光照射待测样品(14)，然后被待测样品(14)反射的光经过显微物镜(13)和镜筒透镜(12)以及第二分束镜(11)后垂直照射相机(15)的成像平面，这一路称为物光光路；另外一路经过第三平面镜(6)反射后经过第七衰减片(7)衰减光强，依次被第四平面镜(8)和第五平面镜(9)反射后，通过第二分束镜(11)后倾斜照射相机(15)的成像平面，这一路参考光与物光干涉，形成的干涉图由相机(15)记录下来；与此同时，第二激光器(16)发出的激光经过第六平面镜(17)反射后经过第三分束镜(20)被反射，然后和第一激光器(I)发出的激光经过相同的光路，在相机(15)成像平面形成干涉图并被记录下来。3.—种基于双波长数字全息技术的反射式显微成像装置，其特征在于包括激光器(I)、第二激光器(16)、光纤分路器(21)、第一聚光镜(4)、第二聚光镜(22)、第二衰减片(7)、第四平面镜(8)、第五平面镜(9)、第一平面镜(10)、第二分束镜(11)、镜筒透镜(12)、显微物镜(13)、相机(15)，其中第一激光器(I)和第二激光器(16)发出的激光通过光纤親合进入光纤分路器(21)，混合并且分成两路后再通过光纤耦合输出，每一路光纤输出都包含第一激光器(I)和第二激光器(16)发出的激光，两个输出的光纤头分别位于第一聚光镜(4)、第二聚光镜(22)的焦点位置，以保证经过第一聚光镜(4)、第二聚光镜(22)后出射的是平行光；在分成的两路中，一路经过第一平面镜(10)反射后经过第二分束镜(11)再经过镜筒透镜(12)和显微物镜(13)后，再次变成平行光照射待测样品(14)，然后被待测样品(14)反射的光经过显微物镜(13)和镜筒透镜(12)以及第二分束镜(11)后垂直照射相机(15)的成像平面，这一路称为物光光路；另外一路经过第二衰减片(7)衰减光强，依次被第四平面镜(8)、第五平面镜(9)反射，最后通过第二分束镜(11)倾斜照射相机(15)的成像平面，这一路参考光与物光干涉，形成的干涉图由相机(15)记录下来。4.根据权利要求1、2或3所述的基于双波长数字全息技术的反射式显微成像装置，其特征在于第一衰减片(18)和第二衰减片(7)使用一片中性衰减片或由多片中性衰减片组成，或者由两片线偏振片组成。5.根据权利要求1、2或3所述的基于双波长数字全息技术的反射式显微成像装置，其特征在于所有的平面镜的倾斜角度可自由调整，其最后倾斜角使反射的参考光与物光成3-8°的夹角，以实现离轴干涉。6.根据权利要求1、2或3所述的基于双波长数字全息技术的反射式显微成像装置，其特征在于待测样品(14)、显微物镜(13)、镜筒透镜(12)与相机(15)构成了远心光学结构，其中待测样品(14)位于显微物镜(13)的前焦面位置，同时显微物镜(13)的后焦面与镜筒透镜(12)的前焦面重合，所述相机(15)位于镜筒透镜(12)的后焦面位置。
【专利摘要】本发明公开了一种基于双波长数字全息技术的反射式显微成像装置，采用了双波长数字全息技术，使用两个不同波长的激光同时照射待测样品，并用一个彩色相机在两个不同颜色通道中同时采集到两幅全息干涉图，然后分别求出两个波长下的包裹相位图，最终再用这两幅双波长包裹相位图光学解包裹，求出样品的非包裹相位图。使用本系统进行数字全息显微成像，避免了复杂的相位解包裹过程，降低了后期计算处理的复杂度，提高了相位重建精度。
【IPC分类】G03H1/04
【公开号】CN105159044
【申请号】CN201510631957
【发明人】陈钱, 孙佳嵩, 左超, 冯世杰, 顾国华, 张玉珍, 胡岩, 张良, 陶天阳, 李加基, 张佳琳, 孔富城, 林飞, 张敏亮, 范瑶
【申请人】南京理工大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年9月29日