[发明专利]一种基于菲涅尔双面镜连续太赫兹波自参考数字全息成像方法

权利要求书

1.一种自参考连续太赫兹波照明数字全息成像方法，实现该方法的成像系统的光路装置包括CO₂泵浦太赫兹激光器(1)、第一镀金离轴抛面镜(2)、第二镀金离轴抛面镜(3)、被测样品(4)、第一镀金反射镜(5)、第二镀金反射镜(6)和热释电探测器(7)；CO₂泵浦太赫兹激光器(1)用于输出连续太赫兹波，CO₂泵浦太赫兹激光器(1)与第一镀金离轴抛面镜(2)相对应，第一镀金离轴抛面镜(2)和第二镀金离轴抛面镜(3)相对应布置组成一个扩束单元，可将CO₂泵浦太赫兹激光器(1)输出的太赫兹波光斑直径扩大三倍，其传播方向平行；被测样品(4)设置在第二镀金离轴抛面镜(3)反射光路上；经过被测样品(4)产生散射的太赫兹物光波(4a)照射到第一镀金反射镜(5)和第二镀金反射镜(6)，第一镀金反射镜(5)的作用是将太赫兹物光波(4a)中的携带物信息的部分光束反射产生物光波(5a)传播到热释电探测器(7)，第二镀金反射镜(6)的作用是将物光波(4a)中另一部分光束从另一个角度反射产生参考光波(6a)也传播到热释电探测器(7)，最终与物光波(5a)发生干涉，通过热释电探测器(7)记录离轴数字全息图，其特征在于：该成像方法分为三个步骤，

1)太赫兹波3a通过被测样品(4)散射成为太赫兹物光波(4a)，被测样品(4)中包含物体信息的部分只占用太赫兹光束(3a)光斑面积的一半，如果被测样品(4)中的物信息是稀疏分布，则包含物体信息的部分传播到第一镀金反射镜(5)，经过反射产生物光波(5a)；太赫兹物光波(4a)的另一部分即不携带物信息的部分经过第二镀金反射镜(6)产生参考光波(6a)；第一镀金反射镜(5)和第二镀金反射镜(6)之间的角度的变化与物光波(5a)和参考光波(6a)之间夹角的变化是线性关系，所以第一镀金反射镜(5)和第二镀金反射镜(6)之间的角度越大，物光波(5a)和参考光波(6a)之间的夹角也相应增大；物光波(5a)和参考光波(6a)两束光发生干涉并产生干涉条纹周期可灵活调整且强度比较一致的离轴数字全息图H(x,y)，利用热释电探测器(7)记录数字全息图H(x,y)；

2)调整全息图H(x,y)上干涉条纹周期，对进行傅里叶变换后的频谱图中使“+1级”、“-1级”与频域中心的“0级”之间的距离增加，进行频谱滤波；随后通过傅里叶逆变换得到全息图，再利用角谱算法得到物光波的复振幅分布，对复振幅取平方得到全息图在现象的振幅分布，对复振幅进行反正切运算提取包裹相位，然后进行解包裹操作得到连续的相位分布；

3)连续记录多幅没有样本的干涉图，选取中心区域并处理为相对应的相位分布图，通过相位与光程的关系式计算出这些相位分布图中每个像素点的光程长度变化的标准差。

2.根据权利要求1所述的一种自参考连续太赫兹波照明数字全息成像方法，其特征在于：第一镀金反射镜(5)与第二镀金反射镜(6)之间的夹角是α，物光波(5a)与参考光波(6a)之间的夹角是2α；探测器的采样条件0≤2α≤sin^-1(λ/2Δx)，式中的△x是热释电探测器(7)的像素尺寸，2α最大为47.9°。

3.根据权利要求1所述的一种自参考连续太赫兹波照明数字全息成像方法，其特征在于：物光波(5a)与参考光波(6a)最终在热释电探测器(7)所在记录面发生干涉并产生离轴全息图H(x,y)表示为：

H(x,y)＝|O(x,y)|²+|R(x,y)|²+R^*(x,y)O(x,y)+R(x,y)O^*(x,y)

其中,*代表复共轭，O(x,y)和R(x,y)分别为物光波和参考光波；对上述数字全息图H(x,y)经过傅里叶变换后得到频谱图；频域中各级项与夹角2α之间的关系是：sin2α＝λp/MΔx，其中M为热释电探测器(7)的像素个数，p为频域中“+1级”频谱与频域中央“0级”频谱之间的间隔，单位是像素。