四波长双正交数字全息成像装置及数字全息测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种四波长双正交数字全息成像装置，包括多波长激光耦合单元、马赫

【技术实现步骤摘要】
四波长双正交数字全息成像装置及数字全息测量装置


[0001]本专利技术涉及数字全息三维测量领域，具体涉及一种四波长双正交数字全息成像装置及数字全息测量装置。

技术介绍

[0002]数字全息显微术是一种新型高精度显微相位测量技术，其结合了传统数字全息术、干涉测量和光学相位测量技术，能够实现非接触、全场、快速和高精度的三维形貌测量，广泛应用于光学表面检测、三维形貌测量、生物细胞成像等领域。其实现步骤是:一、基于光的干涉原理，将微小尺度物体对测量光波的相位调制解调成强度随调制相位低频变化的干涉条纹；二、通过相位提取算法从干涉图中恢复出待测相位分布；三、对引起相位变化的物理量和原因进行分析，从而实现了对样品的高精度三维测量。其记录和相位重构皆涉及数字化过程，使用光电耦合器件进行波前记录并数值化存储于计算机内，使用数值重建方法进行波前重构。
[0003]数字全息显微术中，由于在相位重构过程中使用了反正切函数，其相位分布被折叠在[
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π,π]之间。因此当被测物体轴向深度超过测量波长时，必须通过相位解包裹的方法恢复到真实相位值才能进行三维重构。常见的数值相位解包裹算法有基于可靠性的相位解包裹、最小范数法和最小二乘法相位解包裹等。但当待测物体具有高纵横比结构、表面形貌含有台阶以及表面粗糙度较高时，使用数值解包方法可能会引入不可预料的误差。
[0004]为了克服单波长数字全息术在测量阶梯状或粗糙表面形貌的不足，研究人员提出了多波长数字全息术，相较于单波长数字全息术，测量范围获得了极大的提升甚至可达毫米级别。其核心原理是双波长相位解包裹，即使用两个不同波长的激光记录得到两幅数字全息图，并分别获取对应的包裹相位图,再将两者相减得到等效波长的相位图。
[0005]请参阅图1，现有技术的双波长数字全息成像装置包括双波长激光耦合单元1、马赫
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增德干涉单元2、成像单元3、准直单元4、和计算单元(图未示)，所述双波长激光耦合单元1能耦合两波长不同的激光为一耦合光束，所述耦合光束经所述准直单元4后进入所述马赫
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增德干涉单元2，所述马赫
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增德干涉单元2包括第一分光棱镜21、第一平面反射镜22、第二平面反射镜23和第二分光棱镜24，所述耦合光束经所述第一分光棱镜21分为测量光O和参考光R，测量光O经所述第二反射镜及待测物体A后进入所述第二分光棱镜24合束，所述参考光R经所述第一反射镜22后直接进入所述第二分光棱镜24合束。所述第二分光棱镜24将所述测量光O和所述参考光R合束后于所述成像单元3中形成干涉条纹图，所述计算单元能通过所述干涉条纹图计算获得数字全息图案。
[0006]但是在实际应用中，双波长单曝光的数字全息测量装置获取的数字全息图片的时间分辨率往往比较低，因而难以测量精密的待测物体。

技术实现思路

[0007]基于此，本专利技术的目的在于提供一种双通道双正交单曝光四波长数字全息成像装
置。
[0008]本专利技术四波长双正交数字全息成像装置是通过以下技术方案实现的：
[0009]一种四波长双正交数字全息成像装置，包括多波长激光耦合单元、马赫
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增德干涉单元、成像单元、计算单元和载物台；所述马赫
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增德干涉单元包括第一非偏振分光棱镜、第二非偏振分光棱镜、平面反射镜、沃拉斯顿棱镜和第三非偏振分光棱镜；所述多波长激光耦合单元耦合多波长激光为一耦合光束，所述耦合光束经所述第一非偏振分光棱镜分束为测量光和参考光，所述测量光经所述第二非偏振分光棱镜和所述载物台后，再经过所述第二非偏振分光棱镜反射射入所述第三非偏振分光棱镜进行合束；所述参考光经所述平面反射镜和所述沃拉斯顿棱镜后射入所述第三非偏振分光棱镜合束；所述第三非偏振分光棱镜设有一定的偏转角，所述合束光在所述第三非偏振分光棱镜处发生正交载频干涉，所述成像单元接收所述正交载频干涉图纹并传至所述计算单元，所述计算单元计算相关参数获得待测物品的数字全息图。
[0010]进一步地，所述沃拉斯顿棱镜对参考光在与光路竖直垂直方向上的分束角为1
°
，所述第三非偏振分光棱镜设有的偏转角为1.5
°
。
[0011]进一步地，所述沃拉斯顿棱镜的通光孔径为10mm。
[0012]进一步地，所述多波长激光耦合单元包括四个发射不同波长的激光器、与每个激光器匹配的偏振器、和一耦合器；所述四个激光器并排设置，依序发射第一波长激光、第二波长激光、第三波长激光和第四波长激光，其中相邻的两激光器的激光偏振方向相互垂直；分别经与每个激光器匹配的偏振器偏振态调制后的第一波长激光、第二波长激光、第三波长激光和第四波长激光再经所述耦合器耦合成一束耦合光束。
[0013]进一步地，所述成像单元包括第四非偏振分光棱镜、短波通二向色镜、长波通二向色镜和两个单色黑白图像传感器，所述短波通二向色镜设置在所述第四非偏振分光棱镜的透射光路上，只允许第一、第二波长的短波干涉光通过，通过后的短波干涉光被一单色黑白图像传感器接收；反射干涉光的光路方向设有长波通二向色镜，只允许第三、第四波长的长波干涉光通过，通过后的长波干涉光被另一单色黑白图像传感器接收。
[0014]本专利技术还提供一种四波长双正交数字全息测量装置，其特征在于：包括多波长激光耦合单元、马赫
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增德干涉单元、成像单元和载物台；所述马赫
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增德干涉单元包括第一非偏振分光棱镜、第二非偏振分光棱镜、平面反射镜、沃拉斯顿棱镜和第三非偏振分光棱镜；所述多波长激光耦合单元耦合多波长激光为一耦合光束，所述耦合光束经所述第一非偏振分光棱镜分束为测量光和参考光，所述测量光经所述第二非偏振分光棱镜和所述载物台后，再经过所述第二非偏振分光棱镜反射射入所述第三非偏振分光棱镜进行合束；所述参考光经所述平面反射镜和所述沃拉斯顿棱镜后射入所述第三非偏振分光棱镜合束；所述第三非偏振分光棱镜设有一定的偏转角，所述合束光在所述第三非偏振分光棱镜处发生正交载频干涉，所述成像单元接收所述正交载频干涉图纹。
[0015]进一步地，所述沃拉斯顿棱镜对参考光在与光路竖直垂直方向上的分束角为1
°
，所述第三非偏振分光棱镜设有的偏转角为1.5
°
。
[0016]进一步地，所述沃拉斯顿棱镜的通光孔径为10mm。
[0017]进一步地，所述多波长激光耦合单元包括四个发射不同波长的激光器、与每个激光器匹配的偏振器、和一耦合器；所述四个激光器并排设置，依序发射第一波长激光、第二
波长激光、第三波长激光和第四波长激光，其中相邻的两激光器的激光偏振方向相互垂直；分别经与每个激光器匹配的偏振器偏振态调制后的第一波长激光、第二波长激光、第三波长激光和第四波长激光再经所述耦合器耦合成一束耦合光束。
[0018]进一步地，所述成像单元包括第四非偏振分光棱镜、短波通二向色镜、长波通二向色镜和两个单色黑白图像传感器，所述短波通二向色镜设置在所述第四非偏振分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种四波长双正交数字全息成像装置，其特征在于：包括多波长激光耦合单元、马赫
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增德干涉单元、成像单元、计算单元和载物台；所述马赫
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增德干涉单元包括第一非偏振分光棱镜、第二非偏振分光棱镜、平面反射镜、沃拉斯顿棱镜和第三非偏振分光棱镜；所述多波长激光耦合单元耦合多波长激光为一耦合光束，所述耦合光束经所述第一非偏振分光棱镜分束为测量光和参考光，所述测量光经所述第二非偏振分光棱镜和所述载物台后，再经过所述第二非偏振分光棱镜反射射入所述第三非偏振分光棱镜进行合束；所述参考光经所述平面反射镜和所述沃拉斯顿棱镜后射入所述第三非偏振分光棱镜合束；所述第三非偏振分光棱镜设有一定的偏转角，所述合束光在所述第三非偏振分光棱镜处发生正交载频干涉，所述成像单元接收所述正交载频干涉图纹并传至所述计算单元，所述计算单元计算相关参数获得待测物品的数字全息图。2.根据权利要求1所述的四波长双正交数字全息成像装置，其特征在于：所述沃拉斯顿棱镜对参考光在与光路竖直垂直方向上的分束角为1
°
，所述第三非偏振分光棱镜设有的偏转角为1.5
°
。3.根据权利要求2所述的四波长双正交数字全息成像装置，其特征在于：所述沃拉斯顿棱镜的通光孔径为10mm。4.根据权利要求3所述的四波长双正交数字全息成像装置，其特征在于：所述多波长激光耦合单元包括四个发射不同波长的激光器、与每个激光器匹配的偏振器、和一耦合器；所述四个激光器并排设置，依序发射第一波长激光、第二波长激光、第三波长激光和第四波长激光，其中相邻的两激光器的激光偏振方向相互垂直；分别经与每个激光器匹配的偏振器偏振态调制后的第一波长激光、第二波长激光、第三波长激光和第四波长激光再经所述耦合器耦合成一束耦合光束。5.根据权利要求4所述的四波长双正交数字全息成像装置，其特征在于：所述成像单元包括第四非偏振分光棱镜、短波通二向色镜、长波通二向色镜和两个单色黑白图像传感器，所述短波通二向色镜设置在所述第四非偏振分光棱镜的透射光路上，只允许第一、第二波长的短波干涉光通过，通过后的短波干涉光被一单色黑白图像传感器接收；反射干涉光的光路方向设有长波通二向色镜，只允许第三、第四波长的长波干涉光通过，通过后的长波干涉光被另一...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕晓旭，柳林，钟丽云，周成鑫，韩贤信，李红运，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：