CN104567660A - 基于涡旋圆艾里光照明的暗场数字全息显微装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于涡旋圆艾里光照明的暗场数字全息显微装置及其方法。装置包括激光器、分光棱镜I、分光棱镜II、平面反射镜、显微物镜空间滤波器、显微物镜I、傅里叶透镜、光阑、分光棱镜III、空间光调制器、暗场显微物镜、小球样本、显微物镜II、分光棱镜IV和光电耦合器件。实现方法分为三步，首先利用涡旋圆艾里光入射到暗场显微物镜后形成的环形光锥照明物体，接着，数字全息技术将物体的散射光与参考光的干涉条纹通过光电耦合器件记录到计算机中，最后再利用数字重构技术重构出物体的像。与基于涡旋光照明的暗场数字全息显微方法相比，本发明具有更高的分辨率和对比度，适用于实验室中研究涡旋圆艾里光束的性质，生物医学和材料科学等领域。

Description

基于涡旋圆艾里光照明的暗场数字全息显微装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种暗场数字全息技术记录涡旋圆艾里光照明时样品的散射光与球面波参考光的干涉条纹，具体涉及一种基于涡旋圆艾里光照明的暗场数字全息显微装置和方法，属于数字全息技术领域。

背景技术

数字全息技术是计算机技术和传统光学全息相结合的产物，采用数字化的记录和再现方法，能够较为方便地获取物体的振幅信息和相位信息，而相位信息是恢复物体三维形貌的重要参数。数字全息显微成像主要分两步进行：首先利用光学显微镜对被测物体预放大，并用CCD记录数字化全息图；然后数字再现物体的三维图像信息。当前数字全息显微成像光路多采用马赫泽德干涉光路。

暗场显微成像技术作为一种新兴的成像技术，相对于明场显微成像技术而言，具有提高显微成像分辨率、增强成像对比度、成像过程非接触性和非破坏性等优点。它多应用于对无染色的透明活体细胞进行成像，可达到方便快捷地对一些病理细胞进行医学诊断和研究的目的。

然而，相对于传统的明场显微成像技术而言，暗场数字全息显微成像技术不仅可以同时记录物体的振幅和相位信息，而且还具有提高显微成像的分辨率等优点。实验已经证明，相对于普通高斯光照明的暗场数字全息显微成像系统而言，基于涡旋光照明的暗场数字全息显微成像系统中，由于涡旋光具有准无衍射特性、光斑尺寸可调节、有效利用率高等优点，使得系统的分辨率优于690nm，同时也提高了成像对比度。然而，虽然涡旋光具有准无衍射特型，但是涡旋光在传播的过程中，光斑环带还是会随传播距离的增加产生一定的展宽，同时光斑能量将不会集中在主环，随着环带展宽而扩散，这在某种程度上导致了系统分辨率的降低，同时也增加了背景噪声。与涡旋光相比，圆艾里光不仅具有无衍射特性，它还具有自聚焦、自修复等特性。它的自聚焦特性使得它在传播过程中光斑相对变小，能量相对集中在主环上，光斑环带几乎无展宽，且聚焦后的光斑相对较小、焦深较长，这使得其不仅可以进一步提高成像分辨率，同时进一步提高成像对比度。

发明内容

为了克服现有技术的缺点，本发明提供一种基于涡旋圆艾里光照明的暗场数字全息显微装置及其方法，可以有效地提高数字全息系统的分辨率，增强再现像的对比度。

本发明的实现分为三步，首先利用涡旋圆艾里光入射到暗场显微物镜后形成的环形光锥照明物体，接着，数字全息技术将物体的散射光与参考光的干涉条纹通过光电耦合器件(CCD或CMOS)记录到计算机中，最后再利用数字重构技术重构出物体的像。

本发明装置采用的技术方案如下：

一种基于涡旋光照明的暗场数字全息显微装置，包括激光器、分光棱镜I、分光棱镜II、平面反射镜、显微物镜空间滤波器、显微物镜I、傅里叶透镜、光阑、分光棱镜III、空间光调制器、暗场显微物镜、小球样本、显微物镜II、分光棱镜IV和光电耦合器件；其中，激光器出射的激光照射在分光棱镜I上，两者的距离为0.10-0.15m；分光棱镜I、分光棱镜II、分光棱镜III和分光棱镜IV在光学平台上构成一个矩形光路：分光棱镜I与分光棱镜II在同一条水平线上，两者的距离为1.10-1.20m；分光棱镜I与分光棱镜III在同一条垂直线上，分光棱镜III与分光棱镜IV在同一条水平线上，分光棱镜II与分光棱镜IV在同一条垂直线上；

分光棱镜I与分光棱镜III之间依次设有显微物镜空间滤波器、傅里叶透镜和光阑，傅里叶透镜的前焦面位于显微物镜空间滤波器的出瞳位置，显微物镜空间滤波器与分光棱镜I之间的距离为0.15-0.20m，光阑与傅里叶透镜之间的距离为0.25-0.30m，光阑与分光棱镜III之间的距离为0.20-0.25m；所述空间光调制器设置在分光棱镜III的后方，两者之间的距离为0.12-0.14m；

分光棱镜III与分光棱镜IV之间依次设有暗场显微物镜、小球样本和显微物镜II，小球样本位于暗场显微物镜的后焦面上，显微物镜II的前焦面和小球样本平面重合，暗场显微物镜与分光棱镜III之间的距离为0.70-0.75m；所述光电耦合器件设置在分光棱镜IV的后方并与小球样本为物像共轭关系，光电耦合器件与分光棱镜IV之间的距离为0.12-0.15m；

分光棱镜II与分光棱镜IV之间设有显微物镜I，显微物镜I与分光棱镜II之间的距离为0.10-0.15m；所述平面反射镜设置在分光棱镜II的后方，两者的距离为0.12-0.14m。

本发明利用上述装置的方法，包括如下步骤：

A、搭建所述数字全息显微装置，打开激光器、空间光调制器和光电耦合器件的电源；

B、激光器发出的激光通过分光棱镜I后分为水平和垂直两束，水平一路激光依次通过分光棱镜II和平面反射镜反射到显微物镜I中；垂直一路激光经显微物镜空间滤波器扩束滤波后由高斯光束变为球面波，球面波经傅里叶透镜准直变成平面波；

C、由傅里叶透镜发射出的平面波依次通过光阑、分光棱镜III到达空间光调制器的表面；

D、利用电脑驱动，在空间光调制器上加载一幅相位图样，以调制出涡旋圆艾里光束，由空间光调制器调制成的涡旋圆艾里光经过分光棱镜III的反射，到达暗场显微物镜中；

E、涡旋圆艾里光经过暗场显微物镜会聚后环形光锥照明小球样本，得到的小球的散射光被显微物镜II接收，成像在光电耦合器件表面，这一路为物光；

F、由显微物镜I射出的球面波经过分光棱镜IV的反射后到达光电耦合器件的表面，这一路为参考光；

G、在光电耦合器件表面，物光和参考光发生干涉，产生干涉条纹，调节分光棱镜IV对参考光束的反射角度，使物光和参考光夹角合适，光电耦合器件表面出现的干涉条纹均匀稳定，并使用电脑驱动光电耦合器件将干涉条纹记录到磁盘驱动器；

H、将光电耦合器件记录的干涉条纹，即全息图，读入MATLAB软件中，具体流程如下：

a)频谱获取：对全息图进行傅里叶变换，得到频域中全息图的正一级或者负一级频谱；b)频谱分离：为了消除零级项和共轭项的干扰，采用频域滤波的方式提取频域中正一级频谱或者负一级频谱；c)数字再现：在MATLAB软件中对提取出来的频谱进行逆傅里叶变换得到物光波的复振幅；d)瑞利判据：根据瑞利判据，判定小球样本中相邻的小球分辨情况，得到能够判定或者不能判定的结论，如果能判定出相邻的两个或多个小球则说明该系统分辨率达到或超过小球样本中小球的直径，如果不能判定出相邻的两个或多个小球则说明该系统分辨率无法达到小球样本中小球的直径；

I、更换不同尺寸直径的小球样本(12)，重复G-H步骤，测定出该系统的最高分辨率。

本发明以数字全息技术手段，利用涡旋圆艾里光环形照明和暗场显微成像原理，采用直径为500nm或390nm的聚苯乙烯小球作为实验样本，使用改进的马赫曾德干涉仪获取样品从暗场显微物镜中的散射光与球面波参考光的干涉图样，然后在计算机中进行数值计算获得样品的再现像。与基于涡旋光照明的暗场数字全息显微方法相比，本发明具有更高的分辨率和对比度，适用于实验室中研究涡旋圆艾里光束的性质、观察微小相位物体等领域。本发明具有的有益效果在于：

(1)通过本发明的实施，在其他实验器件不足或受限的情况下，可以利用实验室中常见的激光器、分光棱镜、暗场显微物镜、反射镜及光电耦合器件等就可以观察微小相位物体，为进一步观察并研究微小相位物体提供便利；

(2)本发明可以形成暗背景下的亮物体的像，从而提高物体成像的对比度；

(3)由于暗场成像携带信息是物体的高频信息，利用本发明使得物体的成像分辨率得到有效地提高。通过对物体暗场下涡旋光照明和涡旋圆艾里光照明时数字全息显微再现像的分析对比，证明本发明的方法可以有效地提高数字全息系统的分辨率，增强再现像的对比度。

附图说明

图1为本发明实验装置图；

其中，1-激光器、2-分光棱镜I、3-分光棱镜II、4-平面反射镜、5-显微物镜空间滤波器、6-显微物镜I、7-傅里叶透镜、8-光阑、9-分光棱镜III、10-空间光调制器、11-暗场显微物镜、12-小球样本、13-显微物镜II、14-分光棱镜IV、15-光电耦合器件；

图2为空间光调制器上加载的相位图；

图3为涡旋圆艾里光的光强分布；

图4为暗场显微物镜成像示意图；

图5小球样本数字全息图及再现结果，其中(a)、(b)、(c)分别是利用涡旋圆艾里光作为照明光时500nm小球的全息图、白色框标出部分的全息图的放大图、白色框标出部分的全息图中小球的再现像；(d)、(e)、(f)分别是利用涡旋圆艾里光作为照明光时390nm小球的全息图、白色框标出部分的全息图的放大图、白色框标出部分的全息图中小球的再现像。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

如图1所示，本发明实验装置包括激光器1、分光棱镜I 2、分光棱镜II 3、平面反射镜4、显微物镜空间滤波器5、显微物镜I 6、傅里叶透镜7、光阑8、分光棱镜III 9、空间光调制器10、暗场显微物镜11、小球样本12、显微物镜II 13、分光棱镜IV 14和光电耦合器件15。分光棱镜I 2与分光棱镜II 3在同一条水平线上，分光棱镜I 2与分光棱镜III 9在同一条垂直线上，分光棱镜III 9与分光棱镜IV 14在同一条水平线上，分光棱镜II 3与分光棱镜IV 14在同一条垂直线上，分光棱镜I 2、分光棱镜II 3、分光棱镜III 9和分光棱镜IV 14在光学平台上构成一个矩形光路。小球样本12应放置在暗场显微物镜11的后焦面上；显微物镜II13的前焦面应和小球样本12平面重合；光电耦合器件15和小球样本12为物像共轭关系。

其中，激光器1在水平方向距分光棱镜I 2为0.13m；分光棱镜II 3在水平方向距分光棱镜I 2为1.15m；平面反射镜4在水平方向距分光棱镜II 3为0.13m；显微物镜空间滤波器5在垂直方向距分光棱镜I 2为0.18m；傅里叶透镜7的前焦面恰好位于显微物镜空间滤波器5的出瞳位置；光阑8在垂直方向距傅里叶透镜7为0.26m；分光棱镜III 9在垂直方向距光阑8为0.23m；显微物镜I 6在垂直方向距分光棱镜II 3为0.14m；空间光调制器10在垂直方向距分光棱镜III9为0.13m；暗场显微物镜11在水平方向距分光棱镜III 9为0.72m；光电耦合器件15在分光棱镜IV 14水平向右方向为0.13m。

本发明实验装置的各元件参数为：激光器1的波长532.8nm；显微物镜空间滤波器5的放大倍率10×；针孔尺寸15μm；显微物镜I 6的放大倍率20×；针孔尺寸15μm；暗场显微物镜11的放大倍率20×，N.A.为0.45；显微物镜II 13的放大倍率是20×，N.A.为0.4；傅里叶透镜7的焦距80mm；分光棱镜分光比50：50；空间光调制器10是德国HOLOEYE公司的PLUTO系列；光电耦合器件15是DMK23U445，1280×960Y80030fps，CCD。

图1中，激光从激光器1出射后经过分光棱镜I 2分为反射光和透射光，分别成为物光和参考光两路。其中，物光一路经过显微物镜空间滤波器5和傅里叶透镜7进行先扩束后准直变成平面光波，该平面光经过分光棱镜III 9后到达空间光调制器10表面上再反射回分光棱镜III 9上，分光棱镜III 9将空间光调制器10调制出的涡旋圆艾里光反射进入暗场显微物镜11的环形孔径中，形成中空的环形光锥，环形光锥照明物体后，物体被照明后产生的高频散射光被显微物镜II 13接收(如图4所示)，透射过分光棱镜IV 14成像于光电耦合器件15表面。

利用电脑驱动空间光调制器10，在图1中所示的空间光调制器10中加载一幅相位图样(如图2所示)，该相位图样被称为“3/2径向相位板”，利用扩束准直装置获得的平行光照射空间光调制器进而调制生成突然自聚焦的涡旋圆艾里光束。

如图3所示，与涡旋光相比，涡旋圆艾里光不仅具有无衍射特性，它还具有自聚焦、自修复等特性。它的自聚焦特性使得它在传播过程中光斑相对变小，能量相对集中在主环上，光斑环带几乎无展宽，且聚焦后的光斑相对较小、焦深较长，这使得其不仅可以提高成像分辨率，同时进一步提高成像对比度。

参考光路中使用分光棱镜II 3和平面反射镜4对物光路中分光棱镜III 9到空间光调制器10间的光程进行了相应地补偿；经显微物镜I 6扩束将参考光变为球面波，再通过分光棱镜IV 14和物光在光电耦合器件15表面进行干涉。

此时，本发明装置的两路光束通过分光棱镜IV 14合束后在光电耦合器件15表面产生了干涉条纹，使用CCD将干涉条纹记录到计算机中。

将CCD采集的全息图读入MATLAB软件中，对其做傅里叶变换，取出频谱中的正一级，再对提取出来的信息做逆傅里叶变换得到物光波的复振幅。具体流程如下所示：

a)频谱获取：对全息图进行傅里叶变换，得到频域中全息图的正一级或者负一级频谱。

b)频谱分离：为了消除零级项和共轭项的干扰，采用频域滤波的方式提取频域中正一级或者负一级频谱；

c)数字再现：在MATLAB软件中对提取出来的频谱进行逆傅里叶变换得到物光波的复振幅；

d)再现像的对比：通过对小球明暗场下数字全息显微再现像的分析对比，根据瑞利判据，(如图5所示)判定小球样本12中相邻的小球分辨情况，得到能够判定或者不能判定的结论，如果能判定出相邻的两个或多个小球则说明该系统分辨率达到或超过小球样本12中小球的直径，如果不能判定出相邻的两个或多个小球则说明该系统分辨率无法达到小球样本12中小球的直径；证明该方法可以有效地提高数字全息系统的分辨率，增强再现像的对比度。

此外，暗场数字全息显微技术使用物体散射光和参考光建立固定的相位差关系，从而获得稳定的干涉条纹。物体经过暗场显微放大后，像面位于CCD的记录面上，即物光O；利用马赫曾德干涉光路，在参考光路中用一束球面波作为参考光R，与物光O于CCD处干涉，生成暗场像面数字全息图，则全息图的表达为

H＝|O+R|²＝|O|²+|R|²+R^*O+RO^*    (1)

由(1)式可见，前两项是全息图的零级项，第三、四两项则是全息图的正负一级项，而第三项是正比于物光O的实像。

在暗场数字全息再现过程中，由于物光波直接成像聚集在全息记录面上，因此再现时，再现像不需要计算空间衍射传播，而是直接位于全息面上。但为了消除零级项和共轭项的干扰，采用频域滤波的方式提取频域中正一级(或者负一级)频谱，再对其进行逆傅里叶变换得到物光波的复振幅，即表达式如下

O₁＝FT^-1[FT_fil(H)]   (2)

其中，FT和FT^-1分别代表傅里叶变换和逆傅里叶变换；角标“fil”表示频谱滤波。

无限能量艾里光束理论是Berry和Balazs于1979年提出，他们首先证明了艾里函数是薛定谔方程的一个精确解，然而由于艾里函数包含无限能量，Berry等人提出的艾里光束理论被认为是理想艾里光束理论，理想的艾里光束携带有无限能量。实际情况下携带无限能量的光束是不存在的，所以Berry等人的研究在当时并未引起人们的注意。2007年，中弗罗里达大学的Geogios Siviloglou等人发现被指数“截趾”的艾里函数也是薛定谔方程的解，基于这一发现他们在实验上第一次实现了携带有限能量艾里光束的产生，围绕着艾里光束的研究也逐渐成为热点领域。根据Geogios Siviloglou的研究，一维艾里光束可以表述为：

O_A(x,0)＝Ai(x)exp(ax)(3)式(3)中Ai(x)为艾里函数，a为衰减系数且a＞0，式中第二项exp(ax)是对艾里函数无限能量的遏制，对艾里光束的能量分布起到“截趾”作用。

本发明所用作暗场数字全息显微照明的是涡旋圆艾里光，它可由一维艾里光束旋转一周构成，将直角坐标系改成柱坐标系，圆艾里光束的初始波函数可以表示为：

$O_A(r,0)=\mathrm{Ai}\left(\frac{r_0-r}{w}\right)\exp \left(a\frac{r_{0-r}}{w}\right)---\left(4\right)$

其中r₀为柱坐标下圆艾里光束的初始半径，w为归一化常数。

然而，拉盖尔-高斯涡旋光束(Laguerre-Gaussian Vortex Beam,LGVB)为例，LGVB光束在传输距离z＝0时，横截面上的复振幅可以表示为：

$O_V(x^{\′},y^{\′},z=0)=O_0{(\sqrt{x^{\′2}+y^{\′2}}/{\mathrm{\σ}}_0)}^l\exp (-(x^{\′2}+y^{\′2})/{{\mathrm{\σ}}_0}^2)\exp \left(\mathrm{il\θ}\right)---\left(5\right)$

(5)式中，O₀为强度调制系数，σ₀表征初始平面LGVB光束的光斑尺寸参数。

若将圆艾里光的振幅分布于LGVB光束的相位分布叠加到一起，则得到本发明中所使用的涡旋圆艾里光，以下式表示：

$O(r,\mathrm{\θ},0)=\mathrm{Ai}\left(\frac{r_0-r}{w}\right)\exp \left(a\frac{r_0-r}{w}\right)\exp \left(\mathrm{il\θ}\right)---\left(6\right)$

拉盖尔高斯涡旋光不仅具有空间光强形状不变特性，而且具有准无衍射特性，一束拉盖尔高斯涡旋光可以看成由无数具有稳定特性的涡旋点组成，这些涡旋点被样品散射后仍保持自身的性质存在于散射光中。研究还表明，在大数值孔径聚焦时，拉盖尔高斯涡旋光束具有更高的透射率，并且在强聚焦情况下，涡旋光束的拓扑荷数越大，其透射率越高。与拉盖尔高斯涡旋光相比，圆艾里光不但具有无衍射特性，而且也具有自会聚和焦深长等特性。

相对于高斯光和涡旋光，涡旋圆艾里光的第一次级相对于主极的能量比值更小，从而说明涡旋圆艾里光的衍射能量主要集中在主级上，其他级次的能量较少，相对于高斯光和涡旋光而言圆艾里光的衍射特性较弱，这样与高斯光和涡旋光相比，利用涡旋圆艾里光照明物体时，散射光特性保持稳定且光强度较高，成像衍射条纹较少，成像的分辨率就能够得到进一步提高。

Claims (5)

1.基于涡旋圆艾里光照明的暗场数字全息显微装置，其特征在于：所述数字全息显微装置包括激光器(1)、分光棱镜I(2)、分光棱镜II(3)、平面反射镜(4)、显微物镜空间滤波器(5)、显微物镜I(6)、傅里叶透镜(7)、光阑(8)、分光棱镜III(9)、空间光调制器(10)、暗场显微物镜(11)、小球样本(12)、显微物镜II(13)、分光棱镜IV(14)和光电耦合器件(15)；其中，

激光器(1)出射的激光照射在分光棱镜I(2)上，两者的距离为0.10-0.15m；分光棱镜I(2)、分光棱镜II(3)、分光棱镜III(9)和分光棱镜IV(14)在光学平台上构成一个矩形光路：分光棱镜I(2)与分光棱镜II(3)在同一条水平线上，两者的距离为1.10-1.20m；分光棱镜I(2)与分光棱镜III(9)在同一条垂直线上，分光棱镜III(9)与分光棱镜IV(14)在同一条水平线上，分光棱镜II(3)与分光棱镜IV(14)在同一条垂直线上；

分光棱镜I(2)与分光棱镜III(9)之间依次设有显微物镜空间滤波器(5)、傅里叶透镜(7)和光阑(8)，傅里叶透镜(7)的前焦面位于显微物镜空间滤波器(5)的出瞳位置，显微物镜空间滤波器(5)与分光棱镜I(2)之间的距离为0.15-0.20m，光阑(8)与傅里叶透镜(7)之间的距离为0.25-0.30m，光阑(8)与分光棱镜III(9)之间的距离为0.20-0.25m；所述空间光调制器(10)设置在分光棱镜III(9)的后方，两者之间的距离为0.12-0.14m；

分光棱镜III(9)与分光棱镜IV(14)之间依次设有暗场显微物镜(11)、小球样本(12)和显微物镜II(13)，小球样本(12)位于暗场显微物镜(11)的后焦面上，显微物镜II(13)的前焦面和小球样本(12)平面重合，暗场显微物镜(11)与分光棱镜III(9)之间的距离为0.70-0.75m；所述光电耦合器件(15)设置在分光棱镜IV(14)的后方并与小球样本(12)为物像共轭关系，光电耦合器件(15)与分光棱镜IV(14)之间的距离为0.12-0.15m；

分光棱镜II(3)与分光棱镜IV(14)之间设有显微物镜I(6)，显微物镜I(6)与分光棱镜II(3)之间的距离为0.10-0.15m；所述平面反射镜(4)设置在分光棱镜II(3)的后方，两者的距离为0.12-0.14m。

2.如权利要求1所述的一种基于涡旋圆艾里光照明的暗场数字全息显微装置，其特征在于：所述平面反射镜(4)与分光棱镜II(3)的距离和空间光调制器(10)与分光棱镜III(9)的距离相等。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于涡旋圆艾里光照明的暗场数字全息显微装置，其特征在于：所述小球样本(12)采用直径为500nm或者390nm的聚苯乙烯小球。

4.利用如权利要求1所述基于涡旋圆艾里光照明的暗场数字全息显微装置的方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：

A、搭建所述数字全息显微装置，打开激光器(1)、空间光调制器(10)和光电耦合器件(15)的电源；

B、激光器(1)发出的激光通过分光棱镜I(2)后分为水平和垂直两束，水平一路激光依次通过分光棱镜II(3)和平面反射镜(4)反射到显微物镜I(6)中；垂直一路激光由显微物镜空间滤波器(5)扩束滤波后变为球面波，球面波经傅里叶透镜(7)准直后变成平面波；

C、由傅里叶透镜(7)射出的平面波依次通过光阑(8)、分光棱镜III(9)到达空间光调制器(10)的表面；

D、利用电脑驱动，在空间光调制器(10)上加载一幅相位图样，以调制出涡旋圆艾里光束，由空间光调制器(10)调制成的涡旋圆艾里光经过分光棱镜III(9)的反射，到达暗场显微物镜(11)中；

E、涡旋圆艾里光经过暗场显微物镜(11)会聚后的环形光锥照明小球样本(12)，得到的小球的散射光被显微物镜II(13)接收，成像在光电耦合器件(15)表面，这一路为物光；

F、由显微物镜I(6)射出的球面波经过分光棱镜IV(14)的反射后到达光电耦合器件(15)的表面，这一路为参考光；

G、在光电耦合器件(15)表面，物光和参考光发生干涉，产生干涉条纹，调节分光棱镜IV(14)对参考光束的反射角度，使物光和参考光夹角合适，光电耦合器件(15)表面出现的干涉条纹均匀稳定，并使用电脑驱动光电耦合器件(15)将干涉条纹记录到磁盘驱动器；

H、将光电耦合器件(15)记录的干涉条纹，即全息图，读入MATLAB软件中，具体流程如下：

a)频谱获取：对全息图进行傅里叶变换，得到频域中全息图的正一级或者负一级频谱；b)频谱分离：为了消除零级项和共轭项的干扰，采用频域滤波的方式提取频域中正一级频谱或者负一级频谱；c)数字再现：在MATLAB软件中对提取出来的频谱进行逆傅里叶变换得到物光波的复振幅；d)瑞利判据：根据瑞利判据，判定小球样本(12)中相邻的小球分辨情况，得到能够判定或者不能判定的结论，如果能判定出相邻的两个或多个小球则说明该系统分辨率达到或超过小球样本(12)中小球的直径，如果不能判定出相邻的两个或多个小球则说明该系统分辨率无法达到小球样本(12)中小球的直径；

I、更换不同尺寸直径的小球样本(12)，重复G-H步骤，测定出该系统的最高分辨率。

5.根据权利要求4所述基于涡旋圆艾里光照明的暗场数字全息显微装置的方法，其特征在于：所述小球样本(12)采用直径为500nm或者390nm的聚苯乙烯小球。