[发明专利]一种基于多偏振态合成的数字全息三维显微观测装置

摘要

本发明公开了一种基于多偏振态合成的数字全息三维显微观测装置，该装置中的分光单元将接收的激光分为线偏振光和圆偏振光后，并分别输入两个空间滤波器；线偏振光顺次经平凸透镜、反射镜后成为参考光进入消偏振分光棱镜；圆偏振光顺次经平凸透镜、反射镜后成为照明光，该照明光照射在待观测物体上被散射后进入消偏振分光棱镜。分光单元中的偏振分光棱镜置于A半波片和B半波片之间，1/4波片置于偏振分光棱镜的反射光位置。本发明装置利用改变线偏振参考光的偏振方向和包含有物体形貌信息的圆偏振散射光干涉，可以在不改变照射光角度以及物体和相机相对位置的情况下获得多幅包含物体不同信息的全息图；第三方面本观测装置能以非接触、原位探测方式获取待观测物体的三维信息。

主权项

一种基于多偏振态合成的数字全息三维显微观测装置，其特征在于：该装置包括有光源(1)、分光单元(2)、空间滤波器(3A、3C)、平凸透镜(3B、3D)、反射镜(4、7)、消偏振分光棱镜(5)和CMOS相机(6)；分光单元(2)包括有A半波片(201)、偏振分光棱镜(202)、B半波片(203)、连续可调衰减器(204)和1/4波片(205)；偏振分光棱镜(202)置于A半波片(201)和B半波片(203)之间，1/4波片(205)置于偏振分光棱镜(202)的反射光位置；光源(1)出射的激光(1a)穿过分光单元(2)的A半波片(201)上入射至偏振分光棱镜(202)上；该激光(1a)经分光单元(2)进行分光处理后分别输出线偏振光(21)和圆偏振光(22)；线偏振光(21)顺次经空间滤波器(3A)、平凸透镜(3B)后，经反射镜(4)反射输出参考光(4a)入射至消偏振分光棱镜(5)；圆偏振光(22)顺次经空间滤波器(3C)、平凸透镜(3D)后，经反射镜(7)反射输出照明光(7a)照明光(7a)照射到待观测物体(14)上；在照明光(7a)的照射下，待观测物体(14)反射具有物体形貌信息的散射光(14a)入射至消偏振分光棱镜(5)；消偏振分光棱镜(5)对入射的参考光(4a)、具有物体形貌信息的散射光(14a)进行合光处理得到合并光束(5a)，该合并光束(5a)形成的干涉全息图被CMOS相机(6)的光敏面捕获；所述的分光单元(2)中的A半波片(201)用于将光源发射的激光(1a)进行偏振方向的调整和偏振分光棱镜配合实现透射光(1b)和反射光(1c)的光强比连续可调，而B半波片(203)用于调整偏振分光棱镜(202)的透射光(1b)的偏振方向；采用1/4波片(205)可以将偏振分光棱镜(202)的反射光(1c)转化为圆偏振光(22)；通过旋转B半波片(203)使得线偏透射光(1b)的偏振态改变，实现不同偏振方向的线偏光与圆偏光相干叠加，得到多帧包含不同偏振信息的数字全息图；同时通过调整连续可调衰减器(204)对线偏振光(21)和圆偏振光(22)的光强比进行调节，该光强比为1∶5～1∶2，进而通过控制参考光(4a)和散射光(14a)的光强比，提高参物光干涉图像的信噪比。