[发明专利]基于脉冲激光器的反射式数字全息显微成像系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于脉冲激光器的反射式数字全息显微成像系统及方法，该系统包括光学成像子系统和用于控制光学成像子系统工作的同步控制子系统，光学成像子系统包括依次设置的脉冲激光器、激光衰减器、转向装置、光束传递装置和全息成像装置；同步控制子系统包括工控主机和同步控制器；该方法包括步骤：一、搭建全息显微成像系统；二、脉冲激光器与数字相机的同步控制；三、获取全息图数据；四、试样表面三维形貌全息图像显示。本发明设计新颖，通过对脉冲激光器和数字相机的同步控制，获取高频微振动试样全息图，利用四个分束镜完成光路干涉，避免了光路中由自身部件引起反射杂散光进入全息图，全息图质量高。

主权项

1.一种基于脉冲激光器的反射式数字全息显微成像系统的反射式数字全息显微成像方法，所述基于脉冲激光器的反射式数字全息显微成像系统包括光学成像子系统和用于控制所述光学成像子系统工作的同步控制子系统，所述光学成像子系统包括依次设置的脉冲激光器(1)、激光衰减器、转向装置、光束传递装置和全息成像装置，所述全息成像装置包括第一分束镜(8)、设置在第一分束镜(8)物光光路上的第二分束镜(9)和设置在第一分束镜(8)参考光光路上的第三分束镜(13)，物光经过第二分束镜(9)和显微物镜(10)照射在高频微振动的固体试样(11)上，试样(11)安装在试样固定台(12)上，参考光经过第三分束镜(13)照射在与参考光光束相垂直设置的第一反射镜(14)上，试样(11)上反射回第二分束镜(9)的物光与第一反射镜(14)上反射回第三分束镜(13)的参考光经第四分束镜(15)合束进行干涉形成全息图，第四分束镜(15)合束的光路上设置有用于采集所述全息图的数字相机(16)；/n所述同步控制子系统包括工控主机(18)和与工控主机(18)输出端相接的同步控制器(17)，数字相机(16)的输入端和脉冲激光器(1)的输入端均与同步控制器(17)的输出端相接，数字相机(16)的输出端与工控主机(18)的输入端相接；/n脉冲激光器(1)开始工作的延时时间与数字相机(16)开始工作的延时时间不同，分别设置脉冲激光器(1)的第一延时时间和数字相机(16)的第二延时时间，是为了使脉冲激光器(1)的第一延时时间结束的时刻与数字相机(16)的第二延时时间结束的时刻相同，保证脉冲激光器(1)和数字相机(16)同时开始工作；/n所述激光衰减器包括依次设置在脉冲激光器(1)的光源延伸方向的半波片(2)和格兰棱镜(3)；/n所述光束传递装置包括依次设置的扩束镜(6)和准直镜(7)；/n所述第一分束镜(8)采用透射光与反射光的分束比为9：1的分束镜；/n所述第一分束镜(8)、第二分束镜(9)、第三分束镜(13)和第四分束镜(15)均与光束延伸方向倾斜设置，第一分束镜(8)与第四分束镜(15)相平行设置，第二分束镜(9)和第三分束镜(13)相平行设置，第一分束镜(8)与第二分束镜(9)相垂直设置；/n其特征在于该方法包括以下步骤：/n步骤一、搭建全息显微成像系统：调整试样(11)检测表面，在光学平台上安装所述光学成像子系统对试样(11)表面进行全息成像，将脉冲激光器(1)和数字相机(16)连接同步控制器(17)，同时将数字相机(16)与工控主机(18)连接，初始化所述同步控制子系统；/n步骤二、脉冲激光器与数字相机的同步控制，过程如下：/n步骤201、采用工控主机(18)设置数字相机(16)的曝光时间，采用同步控制器(17)设置脉冲激光器(1)的第一延时时间和数字相机(16)的第二延时时间；/n步骤202、打开脉冲激光器(1)预热使脉冲激光器(1)闪光，同时数字相机(16)延时待工作，脉冲激光器(1)预热的过程中消耗步骤201中设置的第一延时时间，数字相机(16)延时待工作的过程中消耗步骤201中设置的第二延时时间；/n步骤203、同步控制器(17)控制脉冲激光器(1)的激光束达到脉冲宽度时发射激光束，同时控制数字相机(16)进行一次曝光；/n步骤三、获取全息图数据，过程如下：/n步骤301、激光衰减器对步骤203中脉冲激光器(1)发射的激光束进行旋转并衰减，衰减后的激光束由转向装置调整激光束的传播方向，再经光束传递装置达到第一分束镜(8)；/n步骤302、第一分束镜(8)将接收到的激光束分成物光和参考光，物光经过第二分束镜(9)，一束透射后经显微物镜(10)照射在试样(11)上，另一束反射到光路外；参考光经过第三分束镜(13)，一束透射后经第一反射镜(14)反射，另一束反射到光路外；试样(11)反射回的物光经过合束作用的第四分束镜(15)，一束反射向数字相机(16)与第一反射镜(14)反射回的参考光干涉，另一束物光透射到光路外；/n步骤303、数字相机(16)对步骤302中干涉后形成的全息图进行记录，并将记录的全息图数据传输至工控主机(18)；/n步骤四、试样表面三维形貌全息图像显示：首先，工控主机(18)采用菲涅耳变换重建法对数字相机(16)采集回来的全息图数据进行重构，获取全息图的幅值和相位数据；然后，工控主机(18)采用相位解包裹和相位补偿的算法再现全息图平面相位分布；最后，通过工控主机(18)显示试样(11)表面三维形貌全息图像。/n