[發明專利]一種靜態光學掃描傾斜全息系統及實現方法

在審

• 申請號: 202110022851.6
• 申請日: 2021-01-08
• 公開（公告）號: CN112731784A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 張亞萍;姚勇偉;許蔚;張竟原;王斌;范厚鑫;陳會心
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G03H1/04
• 分類號: G03H1/04;G03H1/02;G03H1/12
• 代理公司: 成都方圓聿聯專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 茍銘

1.一種靜態光學掃描傾斜全息系統，其特征在于，包括：激光器1，小孔2，第一透鏡(3)，第一偏振片(4)，分束鏡(5)，空間光調制器(6)，第二偏振片(7)，偏振分束鏡(8)，四分之一波片(9)、旋轉臺(10)、物體(11)，第二透鏡(12)，光電探測器(13)，計算機(14)；

其中，所述激光器(1)出射光光軸方向與所述小孔(2)中心保持一致，所述小孔(2)置于所述第一透鏡(3)和所述激光器(1)之間，且所述小孔(2)與所述第一透鏡(3)之間的距離為所述第一透鏡(3)的焦距長，所述第一偏振片(4)和分束鏡(5)位于所述第一透鏡(3)的兩側，所述空間光調制器(6)垂直置于所述分束鏡(5)透射光的方向；所述第二偏振片(7)位于所述分束鏡(5)和所述偏振分束鏡(8)之間，所述四分之一波片(9)置于所述偏振分束鏡(8)和所述旋轉臺(10)之間，所述物體(11)置于旋轉臺(10)上，所述第二透鏡(12)位于所述偏振分束鏡(8)和所述電探測器(13)的兩側，所述光電探測器(13)與所述計算機(14)相連接。

2.一種靜態光學掃描傾斜全息實現方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：激光器出射的平行光經小孔后調制為發散的球面波，球面光束經過第一透鏡形成平面波，平面波經第一偏振片可調制為對角線偏振平面波；

步驟2：線偏振平面波經分束鏡后照射空間光調制器，空間光調制器調制豎直方向的偏振態，生成具有正交偏振態的平面波和球面波，經空間光調制器調制的光束通過分束鏡和第二偏振片形成干涉條紋，完全通過偏振分束鏡的p波經四分之一波片后成為具有圓偏振態的掃描光束掃描物體；

具體地，經調制生成具有正交偏振態平面波的水平和豎直分量的表達式分別為：

P＝A₁#

其中，A₁和A₂分別表示水平和豎直分量的振幅，j為虛數單位，k₀為波數，為偏置相移量，x和y分別表示偏置相移的空間偏移方向，z為光波傳播方向；

兩個分量上的光波通過第二偏振片透射后形成的在物平面上干涉條紋表達式為：

步驟3：將球形相位分布依次順序顯示給空間光調制器，每個球形相位分布具有不同的相位和空間偏移，從而實現移動掃描光束掃描三維物體的目的；

具體地，當相移為且在x和y方向上的空間偏移分別為Δx和Δy時，掃描光束干涉條紋的表達式為：

步驟4：轉動旋轉臺，使掃描光束相對于物軸傾斜一定角度，實現使用較大的采樣間距來記錄離軸物體光，從物體反射的光通過四分之一波片調制為s波，s波目標光被偏振分束鏡完全反射，并被第二透鏡會聚到光電探測器上，光電探測器平面所記錄的數據為單像素全息圖信息，將光電探測器記錄的全息圖數據傳輸至計算機14使用數字圖像處理技術消除全息圖中不必要的成分，以提高再現像質量；

具體地，掃描物體后的光包含待測物體的相關信息，由光電探測器收集后輸出為帶有全息信息的電流信號為：

其中，l、w和h分別表示三維物體的長度，寬度和深度，Γ₀(x，y；z)表示物體11的復光場。

3.根據權利要求1所述的一種靜態光學掃描傾斜全息實現方法，其特征在于，所述步驟1中的激光器出射光光軸方向與小孔中心保持一致。

4.根據權利要求1所述的一種靜態光學掃描傾斜全息實現方法，其特征在于，所述步驟1中旋轉第一偏振片使之與其光軸夾角為45°，使平面波經第一偏振片調制為對角線偏振平面波。

5.根據權利要求1所述的一種靜態光學掃描傾斜全息實現方法，其特征在于，

所述步驟2中的掃描光束是對角線性偏振光經第二偏振片形成的。

6.根據權利要求1所述的一種靜態光學掃描傾斜全息實現方法，其特征在于，所述步驟3中移動的掃描光束是由空間光調制器順序加載球形相位分布的干涉條紋實現的。

7.根據權利要求1所述的一種靜態光學掃描傾斜全息實現方法，其特征在于，所述步驟4中的旋轉臺，旋轉角度可精確控制。