[发明专利]一种基于斐波那契比累对切透镜的全息干涉仪

说明书

一种基于斐波那契比累对切透镜的全息干涉仪，包括单焦点衍射透镜，斐波那契比累对切透镜，滤波板，准直透镜，记录相机和计算机。本发明通过衍射透镜与滤波板的组合实现了在同一平面内获取物体的频谱，同时可以灵活选择具有合适的载波频率的参考点相干光源，再由透镜消去参考点相干光源的二次相位因子，之后在光束重叠的干涉区域获得入射波前的调制信号，最后通过傅里叶载频重建算法还原出载波的原始复振幅分布。本发明克服了传统全息术易受环境扰动的缺点，操作简单，结构稳定，测量快捷，用来调制信号的载频可以自由选择，可以灵活适用于波前测量、动态成像或实时监控等领域。

技术领域

本发明属于全息干涉波前测量，特别是一种基于斐波那契比累对切透镜的全息干涉仪。

背景技术

自从1948年Gabor提出全息术这一概念以来，全息术以其在各个领域内广泛的应用前景，已成为国际上物理领域的一个重要研究课题。在干涉测量中，全息术可对物体经过某一物理过程前后产生的两个波前相比较而实现干涉计量。全息术在各个领域中的应用日益增加，而对全息成像装置和成像方法的研究也日趋重要。

在传统的光学全息术中，全息干板或胶片可以记录丰富的三维信息，但全息记录过程需要显影、定影、漂白等物理化学手段进行处理，再现时间长，难以储存和使用。1967年，J.W.Goodman等人提出了数字全息的概念，其核心思想是使用光敏电子成像器件代替传统干板记录全息图，整个再现过程通过计算机计算实现。该方法可以大大缩短再现时间，有利于全息术的恢复和后续处理。1962年,Leith和Upatnieks提出了离轴全息术,通过频谱分离的方法得到可分离的再现像,可以实现单次曝光获取物体的复振幅，进一步促进了全息术的发展。1979年，L.M.Frantz等提出了同轴相移全息技术，这种技术能够充分利用成像探测器的空间带宽积，能够快速实时地实现被测物体的准确再现，并且能够有效抑制探测样品图像中的共轭像，提高干涉全息图的质量。1997 年，Yamaguchi等人实现了相移数字全息术，同轴的设置结合数字处理可以实现良好的光路稳定性，但是双光路的设计仍然存在全息术固有的易受干扰特点。

DOE(Diffractive optical element)是一类基于衍射原理实现各种光学功能的光学元件，常见的DOE如光栅(Grating)，波带片(Zone plate)，光子筛(Photon sieve)。这类元件的光学特性为在衍射的特殊级次上可以实现复杂的特殊设计以构造期望的光场分布，但是也存在多级次、串扰大、衍射效率低等缺点。在一般的光学系统中，可以通过调配不同的光学元件来减弱甚至抵消DOE本身产生的额外信号，保留设计的调制光场。

本发明结合了全息术与DOE的优点，通过单光路系统结合斐波那契比累对切透镜可以实现对入射波前完成单次曝光检测。与传统全息技术不同，本发明具有较强的鲁棒性，同时具有操作简单、结构稳定、测量快捷的特点，可广泛应用于波前测量、动态成像和实时监控等领域。

发明内容

本发明需要解决的技术问题在于提供一种基于斐波那契比累对切透镜的全息干涉仪，该方法可实现单次曝光获取待测光场的复振幅分布，并且可以灵活改变系统的载频以适应不同的工作情况。该方法能够实时、快速检测被测波前，提高记录的稳定性和鲁棒性。

本发明原理如下：

通过衍射透镜、滤波板和透镜的组合实现对入射待测波前的分束和干涉，通过衍射透镜和滤波板在同一平面内获取相干光源发出的入射波前的频谱信息和轴外参考点相干光源，通过准直透镜消去获得的频谱信息和轴外点相干光源携带的的二次相位因子，之后由记录设备获取离轴干涉图，最后由计算机通过傅里叶载频恢复算法进行处理。

本发明的技术方案如下：

一种基于斐波那契比累对切透镜的全息干涉仪，其特点是，包括、单焦点衍射透镜，斐波那契比累对切透镜，滤波板，准直透镜，记录相机和计算机；