[发明专利]一种基于双液晶空间光调制器的涡旋数字全息显微系统

说明书

本发明涉及一种基于双液晶空间光调制器的涡旋数字全息显微系统，光路采用迈克尔逊干涉仪的双臂结构；准直激光入射第一分光棱镜，后光路分为参考臂与干涉臂两路；所述干涉臂上依次设有带有电控位移台的载物台、带有电控转盘的物镜、第一4f系透镜，第二分光棱镜，电控视野光阑、第二4f系透镜、纯位相液晶空间光调制器、傅里叶变换镜、第三分光棱镜以及CMOS相机；所述参考臂上依次有强度型液晶空间光调制器、挡光板、两个反射镜；样本上方的照明采用科勒照明。本发明能够实现一次成像获得被观测样本的复波前的目的。

技术领域

本发明涉及检测仪器技术领域，特别是一种基于双液晶空间光调制器的涡旋数字全息显微系统。

背景技术

数字全息显微术是近二十年发展起来的一种检测技术。近年来,显微数字全息术已成为国际上一个新的研究热点。它具有高灵敏、高准确、高分辨率成像以及全息图存储、再现和传输的方便灵活性等优点。其特别适合于微结构测量。1999年，瑞士的E.Cuche等人最先提出了数字全息显微术，通过单幅全息图完成了强度像与相位像的重建，其横向分辨率达到了微米量级，纵向分辨率达到了纳米量级。

数字全息术主要应用包括：(1)显微成像与测量，数字全息术与显微技术的充分结合是数字全息术最直观也是最实用的应用方面。(2)三维形貌测量，相比于普通的光学显微镜，由于数字全息术记录和再现的是物体的全部信息，它包括振幅和相位信息，因此可以获得真实的三维定量信息和形貌。(3)干涉计量，数字全息术本身所具有的无损定量检测优势使其在测量物体的移动、微小形变等参数时具有较高的精度和分辨能力；(4)粒子场测量，由于数字全息术结合了计算机技术和图像处理技术，不但扩大了粒子场测定的测量范围，提高了精度，也简化了操作步骤。

传统的数字全息技术也分为同轴和离轴两个大类。同轴全息技术中为了获得观测样本的位相信息，必须通过相移技术，多次成像求解位相信息。为了实现一次成像，目前数字全息显微技术更多采用离轴全息技术。离轴全息技术通过傅里叶变换滤波消除直射光与共轭像。其缺点在于，由于傅里叶频谱中包含直射光，共轭像的频谱，导致成像探测器的空间带宽不能充分利用。且对于空间频谱分布较宽的样本，会造成频谱混叠，无法正确分离直射光和一次光即样本像的频谱。对于空间频谱分布有限可以分离的样本往往也需要手工划分频谱范围以分离直射光和一次光的频谱。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提出一种基于双液晶空间光调制器的涡旋数字全息显微系统，能够实现一次成像获得被观测样本的复波前的目的。

本发明采用以下方案实现：一种基于双液晶空间光调制器的涡旋数字全息显微系统，光路采用迈克尔逊干涉仪的双臂结构；准直激光入射第一分光棱镜，后光路分为参考臂与干涉臂两路；所述干涉臂上依次设有带有电控位移台的载物台、带有电控转盘的物镜、第一4f系透镜，第二分光棱镜，电控视野光阑、第二4f系透镜、纯位相液晶空间光调制器、傅里叶变换镜、第三分光棱镜以及CMOS相机；所述参考臂上依次有强度型液晶空间光调制器、挡光板、两个反射镜；样本上方的照明采用科勒照明；

所述干涉臂光路的光轴与参考臂光路的光轴垂直，且通过第三分光棱镜合轴于CMOS相机上干涉成像。

进一步地，所述干涉臂与参考臂及其上的器件使用笼式机构固定，用以提高系统的抗振能力。

进一步地，所述CMOS相机、纯位相液晶空间光调制器、电控视野光阑、带有电控转盘的物镜、以及强度型液晶空间光调制器使用包括Labview在内的软件连接起来，构成闭环的控制系统，实现自适应控制针对ROI区域的成像，以使四象限的复制像合理充满涡旋光在CMOS113上的面积，充分利用CMOS113的带宽。

进一步地，所述纯位相液晶空间光调制器上显示的格子状光栅，通过控制高灰度值来控制4象限分光复制像的强度，通过调整格子的大小即像素数来控制复制像的中心偏离位置。