[发明专利]基于透射式点衍射的三波长数字全息检测装置与方法

摘要

本发明提供一种基于透射式点衍射的三波长数字全息检测装置与方法。汇合成一束的三波长入射光形成聚焦的参考光和物光；参考光照射在孔阵列上并被针孔A过滤后，依次经过第二透镜和第二合色棱镜后分成三波长参考光，分别照射在三平面反射镜上并被反射，再次依次经过第二合色棱镜、第二透镜、孔阵列的三大孔B和非偏振分光棱镜照射在第四透镜上；物光经过第三透镜后照射在平面反射镜上并被反射，再次依次经过第三透镜和非偏振分光棱镜照射在第四透镜上；汇合在第四透镜的参考光和物光产生干涉形成三载频复用的全息图，用图像传感器采集全息图上传到计算机中计算待测相位。该装置结构简单，稳定性好，只需黑白图像传感器记录全息图。

主权项

1.一种基于透射式点衍射的三波长数字全息检测装置的检测方法，所述检测装置包括第一光源至第三光源(1、2、3)，准直扩束系统(5)，待测物体(6)，该装置还设有第一合色棱镜(4)、第一透镜(7)、非偏振分光棱镜(8)、孔阵列(9)、第二透镜(10)、第二合色棱镜(11)、第一平面反射镜至第三平面反射镜(12、13、14)、第三透镜(15)、平面反射镜(16)，第四透镜(17)、图像传感器(18)和计算机(19)，其中第一光源至第三光源(1、2、3)发出的激光波长分别为λ_a、λ_b和λ_c，且λ_a<λ_b<λ_c，第一光源至第三光源(1、2、3)分别发射的光束经过第一合色棱镜(4)汇合成一束光，经准直扩束系统(5)准直扩束后，依次经过待测物体(6)、第一透镜(7)和非偏振分光棱镜(8)后形成聚焦的参考光和物光；参考光照射在孔阵列(9)上并被针孔(A)过滤后，依次经过第二透镜(10)和第二合色棱镜(11)后分成三波长参考光，分别照射在第一平面反射镜至第三平面反射镜(12、13、14)上并被反射，再次依次经过第二合色棱镜(11)、第二透镜(10)、孔阵列(9)的三大孔(B)和非偏振分光棱镜(8)照射在第四透镜(17)上；物光经过第三透镜(15)后照射在平面反射镜(16)上并被反射，再次依次经过第三透镜(15)和非偏振分光棱镜(8)照射在第四透镜(17)上；汇合在第四透镜(17)的参考光和物光由图像传感器(18)的光接收面接收，图像传感器(18)的图像信号输出端连接计算机(19)；所述的第一透镜(7)、第二透镜(10)和第四透镜(17)构成共轭4f系统，第一透镜(7)、第三透镜(15)和第四透镜(17)构成共轭4f系统；孔阵列(9)位于第一透镜(7)和第四透镜(17)的共轭焦平面上，且针孔(A)大小与参考光在第一透镜(7)傅里叶平面产生的艾里斑直径大小一致，经第一平面反射镜至第三平面反射镜(12、13、14)反射回的参考光束全部通过三大孔(B)；平面反射镜(16)位于第三透镜(15)的后焦平面上；图像传感器(18)位于第四透镜(17)的后焦平面上；所述的第一平面反射镜至第三平面反射镜(12、13、14)分别位于第二合色棱镜(11)的出光轴上，且位于第二透镜(10)的共轭后焦平面上；所述的第一平面反射镜至第三平面反射镜(12、13、14)中第一平面反射镜(12)调整物光在水平方向与光轴成θ_a角，第二平面反射镜(13)调整物光在垂直方向与光轴成θ_b角，第三平面反射镜(14)调整物光在垂直方向与光轴成θ_c角，或第一平面反射镜(12)调整物光在垂直方向与光轴成θ_a角，第二平面反射镜(13)调整物光在水平方向与光轴成θ_b角，第三平面反射镜(14)调整物光在水平方向与光轴成θ_c角；其特征在于：实现过程如下：(1)调整整个光学系统，打开第一光源至第三光源(1、2、3)，射出波长分别为λ_a、λ_b和λ_c的激光，且λ_a<λ_b<λ_c，经过第一合色棱镜(4)汇合成一束光，再依次经过准直扩束系统(5)、待测物体(6)、第一透镜(7)、非偏振分光棱镜(8)后形成聚焦的参考光和物光；参考光照射在孔阵列(9)上并被针孔(A)过滤后，依次经过第二透镜(10)和第二合色棱镜(11)后分成三波长参考光，分别照射在第一平面反射镜至第三平面反射镜(12、13、14)上并被反射，再次依次经过第二合色棱镜(11)、第二透镜(10)、孔阵列(9)的三大孔(B)和非偏振分光棱镜(8)照射在第四透镜(17)上；物光经过第三透镜(15)后照射在平面反射镜(16)上并被反射，再依次经过第三透镜(15)和非偏振分光棱镜(8)照射在第四透镜上(17)；汇合在第四透镜(17)的参考光和物光，在图像传感器(18)光接收面产生干涉，调整第一平面反射镜至第三平面反射镜(12、13、14)形成三载频复用的全息图I(x,y)，并用图像传感器(18)采集全息图上传到计算机(19)中；(2)计算待测物体的复振幅c_i(x,y)：c_i(x,y)＝IFT{C[FT(I(x,y))×F_i]}其中，F_i表示滤波器，分别选择λ_a、λ_b和λ_c入射光对应的实像频谱，i＝a、b、c；FT表示傅里叶变换，IFT表示逆傅里叶变换，C表示频谱置中操作；(3)计算单波长的待测物体包裹相位：其中，Im和Re分别表示取虚部和实部；(4)计算待测物体的相位为：其中h为光程差，h∈[0,λ_abc]，λ_ab为λa、λb的合成波长λ_bc为λb、λc的合成波长λ_abc为λa、λb、λc的合成波长和为对应合成波长的相位。