[发明专利]一种基于光纤的两用型远心结构数字全息显微测量装置

说明书

技术领域

本发明属于数字全息显微技术领域，涉及显微结构测量装置，具体涉及一种基于光纤的两用型远心结构数字全息显微测量装置，可用于透明或不透明微结构物体三维形貌实时测量。

背景技术

目前常用的微结构物体显微测量的方法主要有激光共聚焦显微技术、白光干涉术、扫描探针显微技术和数字全息显微术。虽然激光共聚焦显微技术、白光干涉术和扫描探针显微技术分辨率较高，但激光共聚焦显微技术、白光干涉术要通过扫描方式完成三维成像，扫描探针显微技术需要与样本接触，存在损坏样本的风险，这些特点制约了它们的应用范围。相比之下，数字全息显微术作为数字全息术和显微镜技术结合的一种新型显微技术，具有全场、无侵入、高分辨率、实时、无扫描、不需要对样本溅射导电层或荧光标记等优势。

数字全息显微技术对系统稳定性要求极高，周围环境中的波动对其影响较大；同时，现有的数字全息显微测量装置光路复杂庞大，所需元器件较多，体积重量较大，使该技术的应用受到了一些限制。但是随着光纤技术的不断发展、高性能光纤的不断出现，将光纤引入数字全息显微技术变得较为可行。光纤的引入减少了数字全息显微光路中光学元件的数目，简化了光路结构，减小了装置的体积和重量，同时光纤具有良好的抗电磁干扰能力，使得装置可以抵御一定程度的外界干扰，有助于提升测量系统精度。

数字全息显微技术有两种实现形式：透射式和反射式，透射式可以实现对薄的、透明的相位型物体三维成像，反射式可以实现对不透明的振幅型物体的三维成像。现有的数字全息显微仪器中只提供单一的测量模式，因此针对透明和不透明这两类待测物体，需要用到两台不同测量模式的仪器，带来使用成本的增加以及使用的不便。

发明内容

本发明的目的是针对现有数字全息显微测量装置的技术不足之处，提出一种基于光纤传光的两用型远心结构数字全息显微测量装置，在光路结构中通过平移五角棱镜实现透射测量模式和反射测量模式的互换，最终实现仅利用一台装置测量振幅型和相位型微结构物体的三维形貌，使测量过程简化的同时节约经济成本。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是，一种基于光纤的两用型远心结构数字全息显微测量装置，包括物光光路传输系统，物光光路传输系统的光线出射端设置有第一反射镜(21)，第一反射镜(21)的出射光线经过第二反射镜(22)的反射依次经过载物台(17)、显微物镜(16)和分光棱镜(18)进入CMOS相机(20)；

其中，物光光路传输系统的光线出射端与第一反射镜(21)之间还设置有可切出光路的第一五角棱镜(8)，第一五角棱镜(8)的出射光线经过分光棱镜(18)折转向下，经过显微物镜(16)照射载物台(17)上的样本，被样本反射的光经过显微物镜(16)放大后进入CMOS相机(20)。

还包括设置在分光棱镜(18)和CMOS相机(20)之间的准直透镜(19)，以及设置在第一五角棱镜(8)和分光棱镜(18)之间的第一透镜(9)。

还包括激光发生与光纤分束系统，激光发生与光纤分束系统分别经过物光光路传输系统、参考光光路传输系统连接至激光合束与全息图记录系统。

激光发生与光纤分束系统包括激光器(1)，激光器(1)的输出端通过单模保偏光纤(2)连接至光纤分束器(3)输入端，光纤分束器(3)的输出端分别通过物光分束光纤(4)和参考光分束光纤(10)连接至第一光纤准直镜(5)和第二光纤准直镜(11)；

其中，第一光纤准直镜(5)的光线出射端设置有第一准直扩束镜(7)，第一光纤准直镜(5)与第一准直扩束镜(7)之间设置有第一衰减片(6)，第一准直扩束镜(7)的光线出射端设置有可切出光路第一五角棱镜(8)光线出射端依次设置有第一透镜(9)和分光棱镜(18)；

第二光纤准直镜(11)的出射端依次设置有第二衰减片(12)、第二扩束准直镜(13)和第二五角棱镜(14)，第二五角棱镜(14)的出射端依次设置有第二透镜(15)和分光棱镜(18)，且第二透镜(15)与第一透镜(9)对称设置；分光棱镜(18)的出射端依次设置有准直透镜(19)和CMOS相机(20)。

光纤分束器(3)按照光强比1:1的比例进行分光。

CMOS相机(20)为高速相机，分光棱镜(18)为分光比例1:1的消偏振分光棱镜。