[发明专利]双通道共路离轴偏振全息成像系统和方法

说明书

本发明涉及一种具有共路离轴结构的双通道角分复用偏振全息成像方法及系统，该系统的输入面单元在空间上被分成一个样品窗口和在竖直和水平方向上分别离开样品窗口一定距离的两个参考窗口。参考窗口分别被偏振方向相互垂直的线偏振片覆盖。在系统的成像部分还插入了一个二维透射式光栅，使得通过样品窗口的物光和通过参考窗口的参考光可以在输出面上相互重叠，构成一幅双通道角分复用偏振全息图。利用该系统，可以实现物光两个正交偏振分量的单击记录和重现。理论分析和实验结果表明，该系统可以用来测量偏振敏感材料或者双折射材料的琼斯矩阵参量。

技术领域

本发明涉及一种双通道共路离轴偏振全息成像系统和方法。

背景技术

数字全息技术(DH)，由于其在测量和记录物光波前复振幅分布上的优势，近年来受到广泛关注，并被应用于定量相位显微、轮廓测量以及无损检测等诸多领域。根据物光与参考光在传播方向上的相对取向，DHs一般被分为同轴和离轴。其中，同轴DHs所记录的全息图带宽小，可以充分利用图像传感器的分辨能力；但再现像通常会受到零级噪声项以及孪生项的干扰，为此必须采用相移技术或者其他耗时的方法来去除这些干扰。而在离轴DHs中，零级项和孪生项与要提取的再现像信息在空间频域中是相互分离的，因此可以利用数字空间滤波的方法将其去除；但这就要求图像传感器有比较大的带宽。近年来，随着图像传感器的空间分辨率的提高和像素数的增加(例如，目前商品化的传感器像素尺寸已经能够接近1微米，像素数可达到2千万)，离轴DHs成为动态相位测量和成像应用中的有力工具。

还有一类具有共路结构的离轴DH。这一类DH中产生离轴干涉的物光和参考光经过几乎相同的光路和相同的成像透镜。相比基于马赫-泽德干涉仪和迈克尔逊干涉仪这类非共路结构的DHs，共路离轴DH更加稳定，机械振动和空气扰动对光路的影响更小，需要的光学元件也更少。单臂横向剪切干涉仪(LSI)是应用最为广泛的一种共路结构。在传统的基于LSI的共路离轴DHs中，相互干涉形成全息图的两束光一般是由经过样品的光束通过剪切分光得到的，这两束光经过了相同光路和成像系统。但是由于形成干涉的两束光都会经过物体，再现像会受到除零级项和孪生项外的一些附加项(例如重影)的影响。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种双通道共路离轴偏振全息成像系统，该系统的输入面被划分为一个样品窗口和两个在竖直和水平方向上分别离开样品窗口一定距离的参考窗口。并且在系统的成像部分插入一个二维透射式光栅，使得通过样品窗口的物光和通过参考窗口的参考光可以在输出面上相互重叠，构成一幅双通道角分复用偏振全息图；利用该系统，可以实现物光两个正交偏振分量的单击记录和重现，以及用来测量偏振敏感材料或者双折射材料的琼斯矩阵参量。

本发明的技术方案为：

一种双通道共路离轴偏振全息成像系统，包括：

成像系统，包括物镜和置于物镜之后的镜筒透镜，在物镜和所述镜筒透镜之间还设置有二维光栅；

物镜侧系统，包括起偏器元件和置于起偏器元件之后的输入面单元，所述输入面单元中央设置有用于放置样品的样品窗口，在样品窗口周围设置有用于放置偏振调节元件的两个参考窗口，参考窗口分别位于样品窗口的竖直方向和水平方向，所述放置于两个参考窗口处的偏振调节元件的偏振调节方向相互垂直，起偏器元件用于调节通过参考窗口的两路参考光的偏振态；参考窗口与样品窗口之间的距离满足：

其中λ是入射光的波长，T为光栅的周期，f₁表示物镜的焦距；

像侧系统，包括用于成像的输出面单元；

所述成像系统、物镜侧系统和像侧系统组成共路结构。

其中，参考窗口有两个，分别位于样品窗口的竖直方向和水平方向，两个偏振方向相互垂直的偏振调节元件分别附在所述两个参考窗口之后。