[发明专利]基于二维周期光栅和点衍射的三视场数字全息检测装置与方法

摘要

本发明涉及一种基于二维周期光栅和点衍射的三视场数字全息检测装置与方法。包括：出射波长为λ光源(1)、偏振片Ⅰ(2)、准直扩束装置(3)、测量窗口(4)、待测物体(5)、第一透镜(6)、二维周期光栅(7)、孔阵列(8)、偏振片Ⅱ(9)、偏振片Ⅲ(10)、偏振片Ⅳ(11)，第二透镜(12)、光阑(13)、图像传感器(14)、计算机(15)。通过二维周期光栅分光和引入载波实现视场平移和频域分离，通过偏振片组避免三束物光间干涉，实现频谱间串扰减小。本发明简单易行，调整方便，图像传感器视场利用率高；全息图载波频率映射关系简单，确定容易，通过光栅离焦精确控制，系统载波频率确定复杂度低，相位恢复算法效率高。

主权项

1.一种基于二维周期光栅和点衍射的三视场数字全息检测装置的检测方法，所述检测装置包括：出射波长为λ的光源(1)、偏振片Ⅰ(2)、准直扩束装置(3)、测量窗口(4)、待测物体(5)、第一透镜(6)、二维周期光栅(7)、孔阵列(8)、偏振片Ⅱ(9)、偏振片Ⅲ(10)、偏振片Ⅳ(11)，第二透镜(12)、光阑(13)、图像传感器(14)、计算机(15)；出射波长为λ的光源(1)发射的光经偏振片Ⅰ(2)调制成45°线偏振光后入射至准直扩束装置(3)，经准直扩束后的出射光束经过测量窗口(4)和待测物体(5)后入射至第一透镜(6)，经第一透镜(6)汇聚后的出射光束通过二维周期光栅(7)后形成0级次、x方向±1级次和y方向‑1级次4束光，y方向‑1级次经孔阵列(8)上针孔(B)滤波形成参考光，0级次、x方向±1级次分别通过大孔A1、A2和A3后形成具有特定偏振态的三束物光，参考光和三束物光射向第二透镜(12)，经第二透镜(12)透射后的衍射光束经光阑(13)整形后入射至图像传感器(14)的光接收面接收，图像传感器(14)的图像信号输出端连接计算机(15)的图像信号输入端；偏振片Ⅱ(9)、偏振片Ⅲ(10)、偏振片Ⅳ(11)分别贴于孔阵列(8)上大孔A1、大孔A2和大孔A3放置；所述的第一透镜(6)和第二透镜(12)的焦距均为f；二维周期光栅(7)在x、y方向周期均为d；二维周期光栅(7)位于第一透镜(6)的后焦f‑△f处并且位于第二透镜(12)的前焦f+△f处，其中△f为离焦量，△f大于0并且小于f；x方向+1级衍射光全部通过孔阵列(8)的大孔A1形成一束物光，x方向－1级衍射光全部通过孔阵列(8)的大孔A3形成第二束物光，0级衍射光全部通过孔阵列的大孔A2形成第三束物光，y方向‑1级衍射光滤波通过针孔(B)形成参考光；其特征在于：实现方式如下：打开出射波长为λ的光源(1)，使出射波长为λ的光源(1)发射的光束经偏振片Ⅰ(2)和准直扩束装置(3)后形成平行偏振光束，该平行偏振光束通过待测物体(5)和测量窗口(4)后，再依次经过第一透镜(6)和二维周期光栅(7)，在x方向上得到±1级和0级衍射光束，在y方向上得到‑1级衍射光束，衍射光束通过傅里叶平面的孔阵列(8)，得到具有特定偏振态的三束物光和一束参考光，四束光通过第二透镜(12)在图像传感器(14)平面上产生干涉，根据测量窗口(4)的小窗口尺寸对计算机(15)采集获得的干涉图样I进行分割，获得1幅干涉图样后通过计算得到待测物体的相位分布其中，O_n为待测物体的复振幅分布，Im()表示取虚部，Re()表示取实部，O_n＝FT^‑1{C[FT(I)*F_n]}其中，FT表示傅里叶变换，FT^‑1表示逆傅里叶变换，F_n为对应滤波器，C()为裁剪频谱置中操作。