[发明专利]基于三角数字全息测量空间相干性的系统与方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种基于三角数字全息原理测量光场空间相干性的系统与方法，属于光学干涉测量和非相干数字全息技术应用领域。 

背景技术

光源的相干性包含了光场的重要信息，对于理论分析和实际应用都具有重要的研究意义。定量的测量光场的相干性一直都是光学领域一个重要的研究课题。测量光源相干性的方法最经典的就是迈克尔逊干涉仪测量时间相干性和杨氏双缝干涉测量空间相干性。杨氏双缝干涉实验原理上虽然简单，但是要测量整个光场在给定平面的空间相干性，实验上需要移动双缝改变双缝间距和轴向，测量大量数据，实现起来较为繁琐、困难。近年来发展了很多测量空间相干性的新方法。根据测量的基本原理和数据处理的方法大体可以分为干涉测量法和全息测量法。干涉测量法是指基于杨氏双缝干涉的原理演变而成的双孔或者多孔径干涉方法，通过直接分析干涉图样的特性来体现空间相干性。例如Massimo Santarsiero提出的波前逆转的杨氏双缝干涉仪，Y.Mejía and A.I.González提出的采用多孔径掩膜、二维孔径阵列和无冗余的孔径阵列测量光场的空间相干性，F.D.Kashani提出的利用利用无冗余的二维孔径阵列测量空间相干性，P.Petruck提出的采用纳米孔径阵列测量微米尺度的空间相干性等。这些基于多孔径的干涉测量的方法主要的局限在于对孔径阵列的选择和孔径间距的选择有严格要求，以保证在光场内均匀采样。同时为了得到整个光场在给定平面上的空间相干性需要旋转孔径阵列采集多幅干涉图样。 

全息测量空间相干性的方法是基于全息术与干涉的相似之处。I.Weingartner提出了利用像面全息测量互相干函数，给出了像面全息光学记录、光学再现以及在重建像中体现空间相干性的原理，但是并没有给出任何的实验研究。Michael Lurie提出了利用傅里叶变换全息术测量空间相干性的方法，采用激光与旋转的毛玻璃合成部分相干光场，给出了初步的实验结果。非相干光源照明的情形下，通光适当的光学技巧将来自同一点光源的光波分为两束，利用这两束光干涉记录下来的干涉图样称为子全息图，对于实际的扩展物体，可以认为是许多点源的集合，非相干光照明下物体可以认为是许多子全息图的叠加而成的，该全息图称为非相干全息图。目前尚未有利用非相干全息术测量光场的空间相干性的方法报道。 

发明内容

为了测量一般情形下光场的空间相干性，使可以通过优化或控制光场的相干性来提高成像系统性能等需求，并且保证不增加系统的复杂性、不需要额外添加和制作辅助器件获取光场的空间相干性，本发明提供了一种基于三角数字全息测量空间相干性的系统与方法。 

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 

基于三角数字全息测量空间相干性的系统，包括依次放置的白光光源（1），会聚透镜（2），孔径光阑（3），滤波片（4），线偏振片I（5），准直透镜（6），偏振分束棱镜（7），透镜I（8），反射镜I（9）和反射镜II（10），透镜II（11），波片I（12）和波片II（13），线偏振片II（14）和图像探测器（15）；其特征在于：由白光光源（1）发出的入射光依次通过汇聚透镜（2）、孔径光阑（3）、滤波片（4），线偏振片I（5），准直透镜（6），准单色平行光入射到偏振分束棱镜（7）的表面，透射光经透镜II（11），反射镜II（10）和反射镜I（9）并经过透镜I（8），逆时针传播返回和偏振分束棱镜（7）经分束棱镜（7）透射的光经波片I（12）和波片II（13），线偏振片II（14）被图像传感器（15）接收；反射光经透镜I（8），反射镜I（9）和反射镜II（10）并经过透镜II（11），顺时针传播返回偏振分束棱镜（7）经分束棱镜（7）反射的光经波片I（12）和波片II（13），线偏振片II（14）被图像传感器（15）接收，图像传感器（15）与计算机（16）进行连接。 

所述光路中，孔径光阑（3）和滤波片（4）依次被装配在白光光源（1）的出射端，由孔径光阑（3）透射的光波入射到与其距离等于焦距的准直透镜（6）的前表面上，出射的准直光束与偏振分束棱镜（7）垂直； 

所述的白光光源（1）为宽带扩展的非相干光源，所述会聚透镜（2）对光源成像，所述孔径光阑（3）位于会聚透镜（2）形成的光源像面附近。 

所述的滤光片（4）中心波长为633nm，带宽为10nm，滤波后的光源相干长度为39.4μm。