[发明专利]一种基于偏振光栅的点衍射数字全息显微装置及方法

权利要求书

1.一种基于偏振光栅的点衍射数字全息显微装置，其特征在于：包括激光器(1)、光强控制单元(2)、待测样品(3)、显微物镜(4)、第一薄透镜(5)、反射镜(6)、偏振光栅(7)、第二薄透镜(8)、第一针孔滤波器(9)、偏振片(10)和CMOS相机(11)，待测样品(3)放在由显微物镜(4)和第一薄透镜(5)组成的望远镜系统的前焦面上，放大的实像将出现在该系统的后焦面上；偏振光栅(7)放在样品的像面，偏振光栅(7)和CMOS相机感光面满足成像关系：此处，f′为第二薄透镜(8)的焦距，l为偏振 光栅(7)到第二薄透镜(8)的距离，l′为CMOS接收面到第二薄透镜(8)的距离；第一针孔滤波器(9)放置在第二薄透镜(8)的后焦平面处，对-1级衍射光进行针孔滤波，形成不再含有物光信息的光束，作为参考光；偏振光栅(7)具有的偏振衍射特性，其±1级衍射光的光强随着入射光的偏振变化而出现相反的变化趋势；通过改变入射照明光偏振态可以使得全息图中的条纹对比度达到最大值。

2.根据权利要求1所述的基于偏振光栅的点衍射数字全息显微装置，其特征在于：所述激光器(1)发出的激光为线偏振光，或偏振度大5：1的椭圆偏振光。

3.根据权利要求1所述的基于偏振光栅的点衍射数字全息显微装置，其特征在于：所述光强控制单元(2)，由一连续可调衰减器和一个1/4波片组成；当偏振片(10)的偏振方向与激光器(1)的偏振方向垂直时，通过旋转1/4波片可以调整物光和参考光的相对光强。

4.根据权利要求1所述的基于偏振光栅的点衍射数字全息显微装置，其特征在于：第一针孔滤波器(9)由一个大孔和一个小孔组成，分别对±1级衍射光的频谱进行滤波；其中，“大孔”不改变+1级衍射光的频谱，小孔对-1级衍射光进行低通滤波，形成不再含有物光信息的光束，作为参考光。

5.根据权利要求1所述的基于偏振光栅的点衍射数字全息显微装置，其特征在于：偏振片(10)，使得+1衍射光和-1级衍射光具有相同的偏振方向，以便物光和参考光能发生干涉。

6.根据权利要求1所述的基于偏振光栅的点衍射数字全息显微装置，其特征在于：CMOS相机(11)用于接收+1衍射光和-1级衍射光干涉产生的干涉图样；相机的像素大小应小于物光和参考光形成干涉条纹周期的1/3。

7.一种基于偏振光栅的点衍射数字全息显微方法，用于权利要求1所述的基于偏振光栅的点衍射数字全息显微装置；其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、打开照明光源(1)和CMOS相机(11)，通过调节光强控制器(2)中的连续衰减器使得CMOS相机(11)中光强达到接近饱和状态；

步骤2、放置待测样品(3)放置于物镜(4)的前焦面位置，通过调节样品的轴向位置，使得CMOS相机(11)上出现样品清晰的像；

步骤3、微调第一针孔滤波器(9)中小孔的横向位置，使得相机(11)视场中参考光的光强均匀；调节光强控制单元(2)中的1/4波片，使得CMOS相机(11)中全息图样的条纹对比度达到最大值，此时物光和参考光的光强接近相同；

步骤4、利用CMOS相机(11)采集到样品的全息图样；

步骤5、利用公示(10)对用的方法对所记录的离轴数字全息图进行重构，恢复待测样品(3)的振幅和相位分布信息。