[發明專利]雙通道共路離軸偏振全息成像系統和方法

有效

• 申請號: 201710756138.8
• 申請日: 2017-08-29
• 公開（公告）號: CN107490947B
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 國承山;韓璐;程振加;楊楊;王本義;岳慶煬
• 申請（專利權）人: 山東師范大學
• 主分類號: G03H1/04
• 分類號: G03H1/04
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 黃海麗

本發明涉及一種具有共路離軸結構的雙通道角分復用偏振全息成像方法及系統，該系統的輸入面單元在空間上被分成一個樣品窗口和在豎直和水平方向上分別離開樣品窗口一定距離的兩個參考窗口。參考窗口分別被偏振方向相互垂直的線偏振片覆蓋。在系統的成像部分還插入了一個二維透射式光柵，使得通過樣品窗口的物光和通過參考窗口的參考光可以在輸出面上相互重疊，構成一幅雙通道角分復用偏振全息圖。利用該系統，可以實現物光兩個正交偏振分量的單擊記錄和重現。理論分析和實驗結果表明，該系統可以用來測量偏振敏感材料或者雙折射材料的瓊斯矩陣參量。

技術領域

本發明涉及一種雙通道共路離軸偏振全息成像系統和方法。

背景技術

數字全息技術(DH)，由于其在測量和記錄物光波前復振幅分布上的優勢，近年來受到廣泛關注，并被應用于定量相位顯微、輪廓測量以及無損檢測等諸多領域。根據物光與參考光在傳播方向上的相對取向，DHs一般被分為同軸和離軸。其中，同軸DHs所記錄的全息圖帶寬小，可以充分利用圖像傳感器的分辨能力；但再現像通常會受到零級噪聲項以及孿生項的干擾，為此必須采用相移技術或者其他耗時的方法來去除這些干擾。而在離軸DHs中，零級項和孿生項與要提取的再現像信息在空間頻域中是相互分離的，因此可以利用數字空間濾波的方法將其去除；但這就要求圖像傳感器有比較大的帶寬。近年來，隨著圖像傳感器的空間分辨率的提高和像素數的增加(例如，目前商品化的傳感器像素尺寸已經能夠接近1微米，像素數可達到2千萬)，離軸DHs成為動態相位測量和成像應用中的有力工具。

還有一類具有共路結構的離軸DH。這一類DH中產生離軸干涉的物光和參考光經過幾乎相同的光路和相同的成像透鏡。相比基于馬赫-澤德干涉儀和邁克爾遜干涉儀這類非共路結構的DHs，共路離軸DH更加穩定，機械振動和空氣擾動對光路的影響更小，需要的光學元件也更少。單臂橫向剪切干涉儀(LSI)是應用最為廣泛的一種共路結構。在傳統的基于LSI的共路離軸DHs中，相互干涉形成全息圖的兩束光一般是由經過樣品的光束通過剪切分光得到的，這兩束光經過了相同光路和成像系統。但是由于形成干涉的兩束光都會經過物體，再現像會受到除零級項和孿生項外的一些附加項(例如重影)的影響。

發明內容

針對現有技術中存在的不足，本發明提供了一種雙通道共路離軸偏振全息成像系統，該系統的輸入面被劃分為一個樣品窗口和兩個在豎直和水平方向上分別離開樣品窗口一定距離的參考窗口。并且在系統的成像部分插入一個二維透射式光柵，使得通過樣品窗口的物光和通過參考窗口的參考光可以在輸出面上相互重疊，構成一幅雙通道角分復用偏振全息圖；利用該系統，可以實現物光兩個正交偏振分量的單擊記錄和重現，以及用來測量偏振敏感材料或者雙折射材料的瓊斯矩陣參量。

本發明的技術方案為：

一種雙通道共路離軸偏振全息成像系統，包括：

成像系統，包括物鏡和置于物鏡之后的鏡筒透鏡，在物鏡和所述鏡筒透鏡之間還設置有二維光柵；

物鏡側系統，包括起偏器元件和置于起偏器元件之后的輸入面單元，所述輸入面單元中央設置有用于放置樣品的樣品窗口，在樣品窗口周圍設置有用于放置偏振調節元件的兩個參考窗口，參考窗口分別位于樣品窗口的豎直方向和水平方向，所述放置于兩個參考窗口處的偏振調節元件的偏振調節方向相互垂直，起偏器元件用于調節通過參考窗口的兩路參考光的偏振態；參考窗口與樣品窗口之間的距離滿足：

其中λ是入射光的波長，T為光柵的周期，f₁表示物鏡的焦距；

像側系統，包括用于成像的輸出面單元；

所述成像系統、物鏡側系統和像側系統組成共路結構。

其中，參考窗口有兩個，分別位于樣品窗口的豎直方向和水平方向，兩個偏振方向相互垂直的偏振調節元件分別附在所述兩個參考窗口之后。