一种光纤互联的并行相移数字全息显微成像系统技术方案

一种光纤互联的并行相移数字全息显微成像系统涉及数字全息技术领域，解决了现有相移数字全息成像系统的适用范围小、难以完全消除相移误差对再现图像的影响的问题，包括光纤耦合激光器、连接光纤耦合激光器的第一单模保偏光纤、连接第一单模保偏光纤的光纤偏振分束器、连接光纤偏振分束器的第一光纤准直器、连接光纤偏振分束器的第二光纤准直器、分束棱镜、四分之一波片和偏振成像相机；光纤偏振分束器能够将光束分为S偏振光和P偏振光，分束棱镜能够将第一光纤准直器和第二光纤准直器准直后的光束合束；第一光纤准直器、分束棱镜、四分之一波片和偏振成像相机顺次设置。本发明专利技术适用范围广，实现小型化、高鲁棒性和高精度的实时测量。

【技术实现步骤摘要】
一种光纤互联的并行相移数字全息显微成像系统
本专利技术涉及数字全息
，具体涉及一种光纤互联的并行相移数字全息显微成像系统。
技术介绍
随着光学仪器的快速发展，对光学仪器的小型化和动态测量需求越来越高，数字全息是指利用数字传感器如CCD和CMOS相机等获取并处理全息图的技术，利用数字化干涉图可以通过计算实现图像绘制或目标重构。数字全息技术能够测量光学相位信息，并能够重构目标的三维表面或深度图像。基于数字全息目前发展出了多种基于幅度、相位、偏振光学特性的精确测量方法，数字全息已成为一种重要的非接触式三维测量和显示技术。现有的数字全息设备通常利用空间滤波器对光束进行滤波，并且通过反射镜、分束棱镜等改变光束轨迹。这种设计既增加了系统重量，也增大了系统体积，极大地增加了系统集成化的难度，令数字全息在各方面的应用上受到限制。由于目前成像探测器的像素尺寸仍然太大，无法对过密的干涉条纹充分采样，因此数字全息通常采用共轴方式测量全息图。但是共轴方式会受到零阶衍射以及重影等干扰，为实现精确测量，目前的实用技术普遍采用相移数字全息。分步相移方法通常又被称为时间相移或时域相移，是在时间序列上改变参考光的相位并记录相应的全息图，即分别记录多幅不同时刻的相移干涉图。传统的传统相移数字全息成像系统光路结构可参见图1，其中表示L1、L2和L3均表示透镜，PH表示孔径光阑，BS1、BS2和BS3均表示分光棱镜，M1和M2均表示反光镜，MO表示显微物镜，Sample表示样品。传统分布相移主要有压电陶瓷驱动法、偏振相移法和光栅相移法这三种常用的相移方法，其结构相对简单，但只适用于静态或缓变过程，无法实现动态测量。由于相移操作次数越多可能造成的误差越大，分布相移方法在相移量引入参考光的过程中，往往由于实际相移装置的不准确、实验操作误差、实验台振动等客观因素影响，难以实现记录的光束相位变化值与理论设计值的匹配。针对这类问题，大多文献提出重复相移、重复记录的平均法，或者寻找对相移误差敏感较小或能够补偿相移误差的算法来消除相移偏差，然而，这些方法相对计算量大，适用范围小，难以完全消除相移误差对再现图像的影响。
技术实现思路
为了解决现有相移数字全息成像系统的相对计算量大、适用范围小、难以完全消除相移误差对再现图像的影响的问题，本专利技术提供一种光纤互联的并行相移数字全息显微成像系统。本专利技术为解决技术问题所采用的技术方案如下：一种光纤互联的并行相移数字全息显微成像系统，其特征在于，包括光纤耦合激光器、一端连接光纤耦合激光器的第一单模保偏光纤、连接第一单模保偏光纤另一端的光纤偏振分束器、连接光纤偏振分束器的第一光纤准直器、连接光纤偏振分束器的第二光纤准直器、分束棱镜、四分之一波片和偏振成像相机；光纤偏振分束器能够将光束分为S偏振光和P偏振光，分束棱镜能够将第一光纤准直器和第二光纤准直器准直后的光束合束；第一光纤准直器、分束棱镜、四分之一波片和偏振成像相机顺次设置。本专利技术的有益效果是：本专利技术的一种光纤互联的并行相移数字全息显微成像系统，它可以实现小型化，实现高鲁棒性、高精度的实时测量。对本专利技术所得的干涉图进行计算实现图像绘制或目标重构时的计算量相对较小。本专利技术适合于极端环境下的动态测量：能够快速测量、对震动不敏感。本专利技术适合于集成在各种探测设备：该系统独有的小尺寸光学元件与系统、简单稳定的光路结构令其可以搭载在各种探测设备上完成多种探测任务。本专利技术适合于高难度的动态测试：运动和共振检测、生产环境下检测、超快过程检测等。附图说明图1为传统相移数字全息成像系统光路结构示意图。图2为本专利技术的一种光纤互联的并行相移数字全息显微成像系统的结构示意图。图3为本专利技术的一种光纤互联的并行相移数字全息显微成像系统的分束棱镜合束后的出射光斑示意图。图4为本专利技术的一种光纤互联的并行相移数字全息显微成像系统的偏振成像相机的微偏振阵列结构示意图。图中：1、光纤耦合激光器，2、第一单模保偏光纤，3、光纤偏振分束器，4、第二单模保偏光纤，5、第三单模保偏光纤，6、第一光纤准直器，7、第二光纤准直器，8、分束棱镜，9、四分之一波片，10、偏振成像相机。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细说明。一种光纤互联的并行相移数字全息显微成像系统，如图2，包括光纤耦合激光器1、第一单模保偏光纤2、光纤偏振分束器3、第一光纤准直器6、第二光纤准直器7、分束棱镜8、四分之一波片9和偏振成像相机10。光纤耦合激光器1发射的光束经第一单模保偏光纤2传输至光纤偏振分束器3，经光纤偏振分束器3的分为偏振态垂直的S偏振光和P偏振光，S偏振光进入第一光纤准直器6，经第一光纤准直器6准直后入射到分束棱镜8上，P偏振光进入第一光纤准直器6，经第二光纤准直器7准直后入射到分束棱镜8上，S偏振光和P偏振光经分束棱镜8合束后(S透P反)入射到四分之一波片9上，经过四分之一波片9进行调制得到两束旋向相反的圆偏振光，即左旋圆偏振光和右旋圆偏振光，左旋圆偏振光和右旋圆偏振光进入偏振成像相机10产生干涉，干涉条纹成像在偏振成像相机10的靶面上，偏振成像相机10得到干涉图像。S偏振光经过第一光纤准直器6后和P偏振光经过第二光纤准直器7后分别作为物光和参考光，由于偏振方向垂直并不能发生干涉。S偏振光和P偏振光经分束棱镜8合束后所得的合束光的光斑如图3所示。当四分之一波片9调制后，左旋圆偏振光和右旋圆偏振光入射到带有微偏振阵列结构的偏振成像相机10，形成的干涉图被偏振成像相机10的相机捕捉记录，所有的相移相位图都在同一时刻获得，也就是偏振成像相机10得到不同相移的干涉图(又称相移相位图)，实现高精度的三维测量。光纤偏振分束器3的两个输出光纤均为单模保偏光纤，称为第二单模保偏光纤4和第三单模保偏光纤5，第二单模保偏光纤4连接第一光纤准直器6，第三单模保偏光纤5连接第二光纤准直器7。光纤耦合激光器1出光端通过第一单模保偏光纤2连接光纤偏振分束器3，光纤偏振分束器3通过其上的第二单模保偏光纤4连接第一光纤准直器6，光纤偏振分束器3通过其上的第三单模保偏光纤5连接第二光纤准直器7。第一光纤准直器6、分束棱镜8、四分之一波片9和偏振成像相机10顺次设置，第一光纤准直器6位于分束棱镜8左侧，第二光纤准直器7位于分束棱镜8的上方。偏振成像相机10的微偏振阵列结构示意图如图4所示，包括多个2×2大小的微偏振片单元，每一个微偏振片单元包括设置在同一平面且紧密结合的0°偏振片、45°偏振片、135°偏振片和90°偏振片，每一个微偏振片单元从左上角顺时针开始依次为0°偏振片、45°偏振片、135°偏振片和90°偏振片。本实施方式的光纤耦合激光器1为Fiblaser公司生产，波长为785nm；第一单模保偏光纤2为长飞光纤公司的PMFP-780-S型号产品；光纤偏振分束器3为Thorlabs的PBC780SM-APC产品；第一光纤准直器6和第二光纤准直器7均为Thorlabs的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光纤互联的并行相移数字全息显微成像系统，其特征在于，包括光纤耦合激光器(1)、一端连接光纤耦合激光器(1)的第一单模保偏光纤(2)、连接第一单模保偏光纤(2)另一端的光纤偏振分束器(3)、连接光纤偏振分束器(3)的第一光纤准直器(6)、连接光纤偏振分束器(3)的第二光纤准直器(7)、分束棱镜(8)、四分之一波片(9)和偏振成像相机(10)；光纤偏振分束器(3)能够将光束分为S偏振光和P偏振光，分束棱镜(8)能够将第一光纤准直器(6)和第二光纤准直器(7)准直后的光束合束；第一光纤准直器(6)、分束棱镜(8)、四分之一波片(9)和偏振成像相机(10)顺次设置。/n

【技术特征摘要】
1.一种光纤互联的并行相移数字全息显微成像系统，其特征在于，包括光纤耦合激光器(1)、一端连接光纤耦合激光器(1)的第一单模保偏光纤(2)、连接第一单模保偏光纤(2)另一端的光纤偏振分束器(3)、连接光纤偏振分束器(3)的第一光纤准直器(6)、连接光纤偏振分束器(3)的第二光纤准直器(7)、分束棱镜(8)、四分之一波片(9)和偏振成像相机(10)；光纤偏振分束器(3)能够将光束分为S偏振光和P偏振光，分束棱镜(8)能够将第一光纤准直器(6)和第二光纤准直器(7)准直后的光束合束；第一光纤准直器(6)、分束棱镜(8)、四分之一波片(9)和偏振成像相机(10)顺次设置。


2.如权利要求1所述的一种光纤互联的并行相移数字全息显微成像系统，其特征在于，所述光纤耦合激光器(1)发射的光束经第一单模保偏光纤(2)传输至光纤偏振分束器(3)，经光纤偏振分束器(3)的分为S偏振光和P偏振光，S偏振光经第一光纤准直器(6)准直后入射到分束棱镜(8)上，P偏振光经第二光纤准直器(7)准直后入射到分束棱镜(8)上，S偏振光和P偏振光经分束棱镜(8)合束后入射到四分之一波片(9)上，经过四分之一波片(9)进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟浩然，刘欣悦，刘欣然，樊元朋，王越，崔旭，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22