用于偏振编码波的离轴记录的附加成像模块制造技术

本发明专利技术涉及一种用于偏振编码波的离轴记录的附加成像模块，所述附加成像模块可以连接至任何偏振适应干涉系统并且并入有第一偏振敏感分束器、所述模块的第一光学系统和检测器，其中所述模块的所述第一光学系统包括第一成像系统和线性偏振器。

An additional imaging module for off-axis recording of polarization encoded waves

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于偏振编码波的离轴记录的附加成像模块
本专利技术涉及一种用于偏振编码波的离轴记录的附加成像模块，所述附加成像模块可以连接至任何偏振适应干涉系统并且使用低相干光提供全息成像。专利技术背景近年来，光学显微镜通过在定量相位成像(QPI)中部署的数字成像技术得到发展，所述QPI广泛应用于生物光子学和材料科学。QPI最常见的是通过全息成像实施，其中将关于研究对象的信息编码至信号(对象)与参考波之间引入的相位差中。由信号波和参考波(全息图)创建的干扰记录由三个术语-真实全息图像、共轭全息图像和零阶图像(D.C.术语)组成。为了重构正确的全息图，需要分离真实全息图像。这可以通过称为在线全息摄影和离轴全息摄影的两种不同实验方案来实现。在在线全息摄影中，信号光束和参考光束几乎共享相同的光路并以相同角度入射到检测器上。为了重构真实全息图像，需要通过施加在参考波上的不同相移获取的至少三个全息记录。在离轴全息摄影中，信号光束和参考光束会干扰相互的角度倾斜，从而允许对真实全息图像进行单次重构。在在线全息摄影中，干涉光束在干涉仪的输出处共线并且通过采用复杂的相移方法重构真实全息图像。开发的技术涉及由压电致动器实施的机械扫描、由光电装置引入的相位调制，或使用光的偏振态变换的消色差相移。相移过程对技术要求很高，因为随机的机械和光学变化可能会影响干涉光束之间引入的相移的精度，或在重复记录期间改变干涉光束的相位。这些不良影响会降低定量图像重构的质量和精度。在离轴全息摄影中，干涉光束进行重新组合，同时相对于光轴保持不同角度。光束的相互角度倾斜导致空间载波频率的创建，从而允许应用傅里叶方法对真实全息图像进行单次重构。为了获得干涉光束的不同倾斜度，必须使用信号光束和参考光束的两个独立光路。干涉仪的信号臂和参考臂中的光路重复使系统难2以调整并且增加系统对振动、温度波动和折射率不均匀性的敏感性2。因此，双路径系统的实施方式要求高且成本高。在标准离轴系统中，通过放置于信号路径或参考路径中的镜子或类似操作的光学组件实现光束的不同角度倾斜。具有这种离轴调整3的干涉仪不再是消色差的，而是需要使用具有足以在整个视场中干4涉光束的相干长度的近乎单色光。激光提供非常长的相干长度，但是会引起相干噪声，从而极大地降低全息成像的性能。前述问题通过相干受控全息显微镜(CZ302491、EP2378244B1、US8526003B2)解决，所述相干受控全息显微镜基于用作衍射分束器的衍射光栅的成像。伴随衍射光栅的成像的衍射色散提供干涉光束的波长相关倾斜角。因此，干涉光束的单色分量进行重新组合，同时产生具有与波长无关的周期的干涉条纹。在利用低相干光时，相干受控离轴全息系统允许对真实全息图像进行单次重构。如果使用共路干涉配置，则可以抑制连接至在线布置和离轴布置两者的负面外部影响，并且在低成本系统中实现更稳定成像。在共路几何结构中，干涉光束共享相同光路并且随机外部变化均等地施加在两个光束上，从而允许光束在全息图记录中进行自补偿。为了利用共路系统，必须使用能够区分共享相同光路的信号光束和参考光束的方法。对于在相移过程或对比度调整中所需的干涉光束的独立修改或调制，这是必需的。为了区分共线光束，通常利用所述共线光束的正交线性偏振态。偏振策略的实例有专利技术US8334981，此专利技术涉及偏振适应Mirau干涉物镜。干涉仪将入射光分成两个线性偏振波，其方式为使得分别从样品和参考镜反射的信号波和参考波获得正交偏振。这通过Mirau干涉物镜与非偏振分束器配合工作来实现，所述非偏振分束器由正交偏振透射光和反射光的薄层覆盖。偏振编码信号波和参考波穿过相同光路朝向检测器传播。放置于检测器前方的分析仪将信号波和参考波两者的电场振荡投射在相同方向上。分析仪的角定向驱2动透射波的强度并且可以用于优化干涉对比。干涉图由检测器记录，所述检测器最常见的是CCD或CMOS芯片。在根据专利技术US8072610的偏振适应Mirau干涉仪中利用类似配置3。此系统与线性偏振照明协作并且将Mirau干涉物镜用于成像路径0的偏振适应。非偏振分束器放置于物镜内并且夹在用作四分之一波片的各向异性板之间。各个四分之一波片的快轴相对于照明光束的线性偏振方向以角度0°和45°定向。分别在样品和参考镜处反射的信号波和参考波在Mirau干涉物镜的输出处获得正交线性偏振。随后，偏振编码信号波和参考波合并至相同光路中，所述偏振编码信号波和参考波穿过所述光路朝向检测器。分析仪将信号波和参考波的电场振荡投射在相同方向上，从而可以记录信号波和参考波的干涉。两个前述系统使用提供稳定成像的共路配置，外部影响在所述稳定成像中有效地得到抑制。然而，如果压电换能器实施相移过程，应用电光调制器或偏振系统，并且记录至少四个全息图，则会重构真实全息图像。以下论文中提出了保留共路布置的优点的全息图离轴记录：RongliG.等人的“基于偏振滤波的具有LED照明的离轴数字全息显微镜(Off-axisdigitalholographicmicroscopywithLEDilluminationbasedonpolarizationfiltering)”，《应用光学》第52期，8233-8238(2013年)。此方法基于Linnik干涉仪，所述Linnik干涉仪与拥有共同偏振分量所产生的正交线性偏振的信号波和参考波协作。Linnik干涉仪连接至4f成像系统，所述4f成像系统由衍射光栅、一对傅里叶透镜和线性偏振器组成。衍射光栅放置于第一傅里叶透镜的前焦平面中，而线性偏振器放置于第一傅里叶透镜的后焦平面中。此平面与第二傅里叶透镜的前焦平面重合。衍射光栅将信号波和参考波偏转至光栅的所有衍射极中，其中各个级中的光强度取决于光栅的设计。所使用的隔膜和偏振滤光器必须阻挡穿透至不必要衍射级的信号波和参考波，从而允许信号波和参考波分别仅穿过第+1和第-1衍射级。使用线性偏振器，在检测之前将信号波和参考波的电场振荡投射在相同方向上。在检测器处，创建具有消色差载波频率的全息图。此系统与全息图的离轴记录协作，从而允许单次图像重构，但其缺点是使用标准衍射光栅。此光栅效率低并且将信号波和参考波偏转至所有衍射级，包括展现破坏性效果的衍射级。在第+1和第-1衍射级中的信号光束和参考光束的分离需要麻烦地阻挡不必要的光以及偏振滤波。这会降低系统的效率，从而增加积分时间并降低测量精度。
技术实现思路
基本上消除了上述缺点，并且本专利技术的目标通过用于偏振编码波的离轴记录的附加成像模块来实现。提出的附加成像模块由第一偏振敏感分束器、所述模块的第一光学系统和检测器组成，其中所述模块的所述第一光学系统包括第一成像系统和线性偏振器。所述附加成像模块包括实现为几何相光栅的所述第一偏振敏感分束器。所述几何相光栅是能够根据光束的偏振态对光束进行方向分离的光学组件。所述模块的所述第一光学系统的优选实施方案包括所述线性偏振器，所述第一成像系统和第二成像系统，其中所述成像系统包含具有正屈光力的至少一个成像光学组件。所述附加成像模块的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于偏振编码波的离轴记录的成像模块(3)，其特征在于，所述成像模块并入有第一偏振敏感分束器(4)、所述模块的第一光学系统(5)和检测器(6)，其中所述模块的所述第一光学系统(5)包括第一成像系统(5.1)和线性偏振器(9)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170921 CZ PV2017-5701.一种用于偏振编码波的离轴记录的成像模块(3)，其特征在于，所述成像模块并入有第一偏振敏感分束器(4)、所述模块的第一光学系统(5)和检测器(6)，其中所述模块的所述第一光学系统(5)包括第一成像系统(5.1)和线性偏振器(9)。


2.根据权利要求1所述的成像模块(3)，其特征在于，所述第一偏振敏感分束器(4)实现为几何相光栅。


3.根据权利要求1和2所述的成像模块(3)，其特征在于，所述模块的所述光学系统(5)还包含第二成像系统(5.2)。


4.根据权利要求1所述的成像模块(3)，其特征在于，所述第一成像系统(5.1)包含具有正屈光力的至少一个成像元件。


5.根据权利要求3所述的成像模块(3)，其特征在于，所述第二成像系统(5.2)包含具有正屈光力的至少一个成像元件。


6.根据前述权利要求中任一项所述的成像模块(3)，其特征在于，所述模块的所述第一光学系统(5)还包含四分之一波片(10)，所述四分之一波片放置于所述第一偏振敏感分束器(4)与所述线性偏振器(9)之间。


7.根据权利要求1、2和4所述的成像模块(3)，其特征在于，所述成像模块并入有所述模块的第二光学系统(7)，而所述模块的所述第二光学系统(7)放置于所述第一偏振敏感分束器(4)前方，并且所述成像模块还包含第二偏振敏感分束器(8)，所述第二偏振敏感分束器放置于所述第一偏振敏感分束器(4)与所述第一成像系统(5.1)之间。


8.根据权利要求7所述的成像模块(3)，其特征在于，所述成像模块还包含四分之一波片(10)，而所述四分之一波片(10)放置于所述第二偏振敏感分束器(8)与所述线性偏振器(9)之间。


9.根据前述权利要求中任一项所述的成像模块(3)，其特征在于，所述成像模块还包含四分之一波片(11)，所述四分之一波片放置于偏振适应光学系统(2)与所述第一偏振敏感分束器(4)之间。


10.一种用于通过成像模块(3)进行对偏振编码波的离轴记录的方法，其特征在于
-将两个偏振编码波通过穿过第一偏振敏感分束器(4)在图像平面(2.3)中分成两个方向，其中所述偏振编码波中的每一个在不同方向上传播，
-两个偏振编码波进入所述模块的第一光学系统(5)，其中通过线性偏振器(9)将所述波的电场振荡投射到相同方向上，
-通过第一成像系统(5.1)将具有相同电场振荡方向的两个线性偏振波投射到检测器(6)上，
-具有所述相同电场振荡方向的两个偏振波在所述检测器(6)处发生干涉，其中形成具有与波长无关的空间载波频率的离轴全息图。


11.根据权利要求10所述的用于通过成像模块(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·布查尔，R·赫梅利克，Z·布查尔，R·塞莱乔夫斯基，
申请(专利权)人：高新技术学习公司，奥洛穆茨帕拉茨基大学，
类型：发明
国别省市：捷克;CZ