[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

说明书

本发明公开了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，该方法仅使用较少的光学元件就可以实现高时间稳定性的共光路离轴干涉全息。该方法的优点是所需光学元件少，光路结构较紧凑，还可以灵活调整干涉条纹周期，更有助于满足探测器的采样条件。由于物光和参考光在记录平面上的强度几乎相等，从而可以获得对比度较一致的干涉条纹，更加有利于再现振幅像和相位像提高精度。在记录相同时长和实验条件不变的情况下，所发明的记录装置经过实验验证了本发明具有比传统基于马赫曾德干涉仪结构与的光路系统更高的时间稳定性。

技术领域

本发明涉及一种自参考数字全息提高系统时间稳定性的方法，特别是涉及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，是一种基于共光路结构的连续太赫兹波自参考数字全息成像方法。

背景技术

太赫兹数字全息术可用于实时重建物体波前。这种全场无透镜太赫兹相衬成像方法的有效性已在离轴干涉仪结构中广泛应用。太赫兹数字全息方法中常用的实验记录光路是基于马赫曾德干涉仪的使物、参双光束有夹角的太赫兹离轴干涉结构，但是由于物光束和参考光束传播路径不同，两光束对环境干扰和震动通常比较敏感，并且两光束的分光强度比不可避免存在差异。为了获得更好的时间稳定性，可以在离轴全息方法中使用共光路干涉仪结构，即物光束和参考光束都沿着几乎相同的路径传播。

本发明旨在提出一种基于菲涅尔双面镜的连续太赫兹波自参考数字全息方法，该方法仅使用较少的光学元件就可以实现高时间稳定性的共光路离轴干涉全息。该方法的优点是光路结构较紧凑，还可以灵活调整干涉条纹周期，更有助于满足探测器的采样条件。由于物光和参考光在记录平面上的强度几乎相等，从而可以获得对比度较一致的干涉条纹。

发明内容

一种自参考连续太赫兹波照明数字全息成像系统，该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产生散射的物光波前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(不携带物信息部分)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。

利用上述系统进行的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包括数字全息图的拍摄，利用傅里叶变换得到全息图的频谱，频谱滤波将“+1级”频谱滤出并移至谱域中央，然后进行傅里叶逆变换得到全息图，再利用角谱算法进行物光场再现，得到物光波的复振幅分布，对复振幅取平方得到在现像的振幅分布，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再现像的连续相位分布。

一种基于菲涅尔双面镜的连续太赫兹波自参考数字全息成像方法的过程分为三个步骤：