双波长偏振复用数字全息成像系统及方法，该系统包括一种双波长偏振复用数字全息记录单元和一种双波长偏振复用数字全息成像重构单元。一种双波长偏振复用数字全息记录单元包括双波长偏振复用数字全息记录光路和方法，所述的双波长偏振复用数字全息记录单元用于记录两个不同波长的数字全息图。一种双波长偏振复用数字全息成像重构单元包括双波长偏振复用数字全息成像重构流程和方法，配置所述的双波长偏振复用数字全息成像重构单元，用于对所记录的数字全息图进行衍射成像重构，实现原物体的真实相位信息的三维成像。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及数字全息成像术，属于实时三维数字成像领域，更具体地说，本专利技术涉 及一种。
技术介绍
数字全息术是一种在全息术基础上，采用诸如C⑶或CMOS作为图像采集器代替全 息记录材料（全息干板等）记录数字全息图，并将数字全息图保存于计算机中，通过数值模 拟光的衍射传播过程，实现数字全息图的重构成像。数字全息术作为一种新型三维数字成 像技术，其记录和重构成像过程皆涉及数字化过程。 离轴数字全息术的记录光路通常采用马赫泽德干涉仪系统，实现离轴数字全息图 的记录。全息图记录过程中，物光和参考光成一定夹角照射到图像采集器的靶面上产生干 涉条纹，将其记录下来就是离轴数字全息图。 双波长数字全息技术是采用两个不同的波长对物体进行数字全息成像的技术，其 主要目的是克服单波长数字全息术对表面形貌复杂和具有较大起伏的物体再现能力差的 问题。双波长数字全息术的特点在于，利用双波长记录的两幅全息图可以实现双波长相位 解包裹。记录过程中，在特定的光路系统下，两个不同波长的物光束以相同角度照射同一待 测物体，其后分别与对应波长的参考光在图像采集器靶面干涉，记录两幅分别对应不同波 长的数字全息图。重构成像过程中，对两幅全息图分别进行单波长数字全息重构，获得待测 物体对应两个不同波长的包裹相位图，其后将两幅包裹相位图直接相减，获得无包裹相位 的合成波长相位图。由此，就可以实现双波长相位解包裹，并获得原物体的真实相位信息。 通常双波长数字全息光路中，两种不同波长激光的全息记录光路是分开的，即两 个不同波长的全息图是分路记录的。因此，由于实际存在两个分光路所记录的全息图位置 不一致问题，在数值重构时，需要手工进行截取位置修正和包裹相位调整，才能获得包含有 准确信息的等效波长相位图。并且，需要针对单次记录的实验结果，进行多次调整才能获得 较准确的待记录物体相位信息，难以实现实时重构成像。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种利于实现实时三维成像的双波长偏振复用数字全息成 像系统和方法，特别是通过配置双波长偏振复用数字全息记录单元，以及双波长偏振复用 数字全息成像重构单元，利于实现对表面形貌复杂或具有较大起伏的待测物的实时三维重 构成像。 本专利技术的一种双波长偏振复用数字全息成像系统和方法，包括一种双波长偏振复 用数字全息记录单元和一种双波长偏振复用数字全息成像重构单元。一种双波长偏振复用 数字全息记录单元包括双波长偏振复用数字全息记录光路和方法，所述的双波长偏振复用 数字全息记录单元用于记录两个不同波长的数字全息图。一种双波长偏振复用数字全息成 像重构单元包括双波长偏振复用数字全息成像重构流程和方法，配置所述的双波长偏振复 用数字全息成像重构单元，用于对所记录的数字全息图进行衍射成像重构，实现原物体的 真实相位信息的三维成像。 本专利技术的一种双波长偏振复用数字全息记录光路，其特征在于包括一种双波长 正交偏振光合束光路，以及一种尚轴双波长偏振复用传输记录光路。所述的双波长正交 偏振光合束光路产生偏振态正交的两个不同波长的线偏振光束作为全息图记录光束，并 被合束；所述的离轴双波长偏振复用传输记录光路由两个马赫泽德干涉仪（Mach-Zehnder Interferometer)光路组成，两个不同波长的记录光束在第一个马赫泽德干涉仪光路中实 现偏振复用共路传输，在第二个马赫泽德干涉仪光路中通过偏振筛选分离两个不同波长干 涉光，由诸如CCD或者CMOS光电耦合器作为图像采集器同时记录两幅对应不同波长的全息 图，实现实时双波长数字全息图记录。所述的离轴双波长记录光路所记录的数字全息图为 菲涅尔数字全息图（Fresnel Hologram)。 本专利技术的双波长偏振复用数字全息记录光路，包括由第一激光器、第一分光棱镜、 第一半波片，第二激光器、第二半波片、偏振分光棱镜、第一反射镜、扩束准直器、光阑，配置 成一种双波长正交偏振光合束光路；以及，由第二分光棱镜、第二反射镜、第三反射镜、第三 分光棱镜、第四分光棱镜、第四反射镜、第一偏振片、第五反射镜、第二偏振片、第五分光棱 镜、图像采集器，配置成一种离轴双波长偏振复用传输记录光路。从所述双波长正交偏振光 合束光路出射的光束，接着入射进入所述离轴双波长偏振复用传输记录光路。 所述的双波长正交偏振光合束光路，其特征在于第一激光器发出波长为A1的第 一波长光束，经第一分光棱镜反射后，依次透过第一半波片、偏振分光棱镜，形成P偏振光； 第二激光器发出波长为λ 2的第二波长光束，透过第二半波片并经偏振分光棱镜反射后，形 成S偏振光；所述P偏振第一波长记录光束与所述s偏振第二波长记录光束通过偏振分光 棱镜后合束在一起同方向传输，形成偏振复用合束光，入射到第一反射镜被其反射后，依次 通过扩束准直器和光阑，扩束准直器对偏振复用合束光进行扩束准直，光阑调节光束截面 尺寸。 所述的离轴双波长偏振复用传输记录光路，由第一马赫泽德干涉仪共路传输光路 和第二马赫泽德干涉仪偏振筛选光路组成，从所述第一马赫泽德干涉仪共路传输光路出射 的光束，接着入射进入所述第二马赫泽德干涉仪偏振筛选光路。所述的第一马赫泽德干涉 仪共路传输光路包括第二分光棱镜、第二反射镜、第三反射镜和第三分光棱镜，其中第二分 光棱镜、第二反射镜和第三分光棱镜构成参考臂，第二分光棱镜、第三反射镜和第三分光棱 镜构成物臂。所述偏振复用合光束入射到第二分光棱镜上并被分束为反射光和透射光，其 中反射光束称为参考光束，透射光束称为物光束；所述参考光束经第二反射镜反射后，入射 到第三分光棱镜并被其透射，所述物光束经第三反射镜反射后，照射待测物体后加载上物 信息，然后入射到第三分光棱镜并被反射通过，所述的物光束与参考光束通过第三分光棱 镜形成一定夹角（即离轴干涉角）。接着，所述成一定夹角的物光束和参考光束入射进入 第二马赫泽德干涉仪偏振筛选光路，所述第二马赫泽德干涉仪偏振筛选光路由第四分光棱 镜、第四反射镜、第一偏振片、第五反射镜、第二偏振片、第五分光棱镜组成，第一偏振片允 许P偏振光通过，第二偏振片允许S偏振光通过。具体包括：第四分光棱镜用于将所述物光 束和参考光束分束为两束物光和两束参考光，接着第四反射镜将其中一束物光和一束参考 光反射到第一偏振片上，所述第一偏振片允许该束物光中的P偏振第一波长物光和该束参 考光中的P偏振第一波长参考光透过并阻断其中的S偏振第二波长物光和s偏振第二波长 参考光，第五反射镜将其中另一束物光和另一束参考光反射到第二偏振片上，所述第二偏 振片允许该束物光中的S偏振第二波长物光和该束参考光中的S偏振第二波长参考光透过 并阻断其中的P偏振第一波长物光和P偏振第一波长参考光；透过第一偏振片的所述P偏 振第一波长物光和P偏振第一波长参考光透射通过第五分光棱镜后，在图像采集器的记录 靶面干涉，得到对应于波长λ i的第一全息图，透过第二偏振片的所述s偏振第二波长物光 和s偏振第二波长参考光由第五分光棱镜反射后，在图像采集器的记录靶面干涉，得到对 应于波长1 2的第二全息图。 所述双波长偏振复用数字全息记录光路配置有图像采集器，所述图像采集器采用 通用接口通过图像采集卡连接到计算机，将图像采集器的记录靶面上的第一全息图和第二 全息图送到计算机中保本文档来自技高网...
【技术保护点】
双波长偏振复用数字全息成像系统，其特征在于：双波长偏振复用数字全息记录单元，其双波长偏振复用数字全息记录光路是透射型光路；包括第一激光器(1)发出波长为λ1的第一波长光束，第二激光器(2)发出波长为λ2的第二波长光束；第一激光器(1)发出的第一波长光束经分光棱镜(3)反射后照射到半波片(4)上，通过分光棱镜(3)的光束偏振态不改变，调节半波片(4)，使得第一波长光束通过半波片(4)后形成p偏振光，即p偏振第一波长光束，并入射到偏振分光棱镜(6)上；第二激光器(2)发出的第二波长光束照射通过第二半波片(5)，再由偏振分光棱镜(6)反射后形成s偏振光，即s偏振第二波长光束；通过调节半波片(5)改变经偏振分光棱镜(6)反射后得到的s偏振第二波长光束的光强，并由此调整了p偏振第一波长光束与s偏振第二波长光束的束比；所述p偏振第一波长光束与所述s偏振第二波长光束通过偏振分光棱镜(6)后合束为偏振复用合束光，入射到第一反射镜(7)上并被其反射，然后进入扩束准直器(8)，扩束准直后入射到光阑(9)上，由光阑(9)调节其光束截面尺寸；通过上述步骤，两个不同波长光束的偏振态被调整为p偏振和s偏振并形成合束光，即成为偏振复用合光束，进入后续第一马赫泽德干涉仪共路传输光路进行共路传输；以及，第一马赫泽德干涉仪共路传输光路由第二分光棱镜(10)、第二反射镜(11)、第三反射镜(12)、第三分光棱镜(13)构成，偏振复用合光束在该光路中进行共路传输，具体包括：偏振复用合光束入射到第二分光棱镜(10)上并被分束为反射光和透射光，其中反射光束称为参考光束，透射光束称为物光束；所述参考光束经第二反射镜(11)反射后，入射到第三分光棱镜(13)并被其透射，所述物光束经由第三反射镜(12)反射，入射到透射型待测物体(21)并被透射后加载上物信息，然后入射到第三分光棱镜(13)并被其反射，所述物光束与所述参考光束通过第三分光棱镜(13)后形成夹角继续传输；所述物光束与所述参考光束进入第二马赫泽德干涉仪偏振筛选光路，通过偏振筛选分离出两组不同波长的物光和参考光，入射到图像采集器(20)的记录靶面干涉；具体包括：第二马赫泽德干涉仪偏振筛选光路由第四分光棱镜(14)、第四反射镜(15)、第一偏振片(16)、第五反射镜(17)、第二偏振片(18)、第五分光棱镜(19)构成，调节第一偏振片(16)，使得允许p偏振光透射通过并阻断s偏振光透射通过，调节第二偏振片(18)，使得允许s偏振光透射通过并阻断p偏振光透射通过；形成一定夹角的所述物光束和参考光束入射进入第四宽带分光棱镜(14)并分别被分束为两束物光和两束参考光，其一束物光和一束参考光由第四反射镜(15)反射后入射到第一偏振片(16)上，所述第一偏振片(16)允许该束物光中p偏振第一波长物光和该束参考光中p偏振第一波长参考光透射通过并阻断该束物光中s偏振第二波长物光和该束参考光中s偏振第二波长参考光透射通过；由第一偏振片(16)筛选透过的所述p偏振第一波长物光和p偏振第一波长参考光，称为第一波长干涉光，透射通过第五分光棱镜(19)后，入射到图像采集器(20)的记录靶面上干涉，形成第一干涉图，并被图像采集器(20)记录得到对应于波长λ1的第一数字全息图，由第二偏振片(18)筛选透过的所述s偏振第二波长物光和s偏振第二波长参考光，称为第二波长干涉光，由第五分光棱镜(19)反射后，入射到图像采集器(20)的记录靶面上干涉，形成第二干涉图，并被图像采集器(20)记录得到对应于波长λ2的第二数字全息图。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王喆，江竹青，陈依菲，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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