CN108007379A - 一种双波长共路数字全息干涉测量方法与系统 - Google Patents

一种双波长共路数字全息干涉测量方法与系统 Download PDF

Info

Publication number
CN108007379A
CN108007379A CN201711154591.8A CN201711154591A CN108007379A CN 108007379 A CN108007379 A CN 108007379A CN 201711154591 A CN201711154591 A CN 201711154591A CN 108007379 A CN108007379 A CN 108007379A
Authority
CN
China
Prior art keywords
wavelength
total
dual wavelength
sample
railway digital
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201711154591.8A
Other languages
English (en)
Inventor
邸江磊
王凯强
豆嘉真
张继巍
席特立
马超杰
李颖
赵建林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northwestern Polytechnical University
Original Assignee
Northwestern Polytechnical University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northwestern Polytechnical University filed Critical Northwestern Polytechnical University
Priority to CN201711154591.8A priority Critical patent/CN108007379A/zh
Publication of CN108007379A publication Critical patent/CN108007379A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Holo Graphy (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明公开了一种双波长共路数字全息干涉测量方法与系统，第一激光器和第二激光器发出的光束经光纤耦合装置合束后，经过所述准直装置准直后以平行光束照射并穿过样品，经显微物镜放大后，携带物体信息的光束经平板玻璃前后表面发生剪切干涉，利用图像采集装置记录两个波长形成的复合全息图。由计算机对全息图进行频谱滤波和数值重建，最终得到物体的表面形貌信息。本发明剪切共光路结构与双波长数字全息术结合，实现双波长数字全息术的同时，装置结构简单，系统抗干扰能力强。

Description

一种双波长共路数字全息干涉测量方法与系统
技术领域
本发明涉及光学领域，特别涉及基于数字全息技术的光学精密测量领域。
背景技术
数字全息术以其快速实时、非破坏性、非侵入性、全场测量等优点，被广泛用于流场测量、形变测量、形貌分析、显微成像等领域。通常，当样品形貌起伏比较剧烈时，全息干涉测量方法获得的物光波前的相位变化超过2π，相位图会产生包裹条纹，必须进行相位解包裹计算才能得到实际相位分布。双波长数字全息技术可以通过两个频差较小光波的差频计算，获得一个远大于两波长的合成波长，从而大大拓展纵向测量范围。而现有的双波长数字全息干涉测量系统多是基于马赫曾德干涉仪或者迈克尔逊干涉仪光路结构，需要级联两层或多层干涉光路结构，结构复杂，易受环境扰动。
发明内容
为解决现有数字全息干涉测量系统抗环境扰动性低的不足之处，本发明提出一种双波长共路数字全息干涉测量系统，主要是利用平行玻璃板产生横向剪切以实现共路结构设计，同时结合双波长方法，最终实现数字全息干涉测量。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种双波长共路数字全息干涉测量方法，其特征在于包括如下步骤:
步骤1、将待测样品放置与物光光路中；
步骤2、用CCD记录两不同波长的光产生的全息图；
步骤3、对全息图做傅立叶变换，通过空间滤波方法分别取出两波长的一级频谱(由于波长不同，所以一级频谱的位置不同)，并分别将其移频至中心；
步骤4、分别将两波长的一级频谱乘以对应波长的传递函数并进行逆傅里叶变换，得到两波长对应的复振幅分布O1和O2；
步骤5、通过波前相减操作得到相位差
其中算符arg(x)为求复振幅x的幅角，即复振幅O1和O2的相位差，nh是空气均匀样品的光程差，n是样品的折射率，h是样品的高度分布，λ1和λ2是波长，和是与λ1和对应的再现光场相位分布，Λ为等效波长，定义为根据该相位差最终可以计算出待测量样品的高度信息。
本发明还提出一种双波长共路数字全息干涉测量系统，包括两个激光器，若干光纤，一光纤耦合装置，一光纤发出装置，一准直装置，一样品，一反射镜，一显微物镜，一平面玻璃，一图像采集器件和一计算机。其中，所述第一激光器和所述第二激光器发出的光束经所述光纤耦合装置合束后，经所述光纤发出装置出射，经过所述准直装置准直后以平行光束照射并穿过样品，经所述显微物镜放大后，携带物体信息的光束经所述平板玻璃前后表面发生剪切干涉形成全息图，利用所述图像采集装置记录两个波长形成的复合全息图。所述复合全息图由所述计算机进行频谱滤波和数值重建，最终得到物体的表面形貌信息。
所述激光器为波长不同的两个激光器；
所述光纤耦合装置为光纤耦合器；
所述光纤发出装置为端面垂直切割的裸纤出头；
所述准直装置为准直透镜；
所述待测样品为不透明反射式样品时，在倒置的显微物镜前加入会聚透镜和分光棱镜，便可用于测量；
所述平板玻璃与光轴法平面成10～80°角；
所述平面玻璃为具有一定厚度的透明平面玻璃，其厚度可根据具体情况进行选择；
所述图像采集装置为CCD或CMOS等图像记录器件；
所述双波长共路数字全息干涉测量系统的基本工作步骤如下：所述第一激光器和所述第二激光器发出的光束分别进入第一光纤和第二光纤，经第一光纤和第二光纤进入所述光纤耦合装置合束，合成光束经第三光纤从所述光纤发出装置出射，经过所述准直装置准直后以平行光束照射并穿过样品或者经样品表面反射，经所述显微物镜放大后，携带物体信息的光束经所述平板玻璃前后表面依次反射后发生横向错位，当物体尺寸较小时，同一波长两反射光波对应的物体所在区域与未携带物体信息的区域发生剪切干涉形成全息图，利用所述图像采集装置记录两个波长形成的复合全息图。利用所述计算机对复合全息图进行傅里叶变换得到频谱图，由于两光源存在一定的波长差，不同波长对应的±1级频谱能够彼此分开。再利用简单算法进行数值重建，最终得到物体的表面形貌信息。
有益效果
在基于平板玻璃横向剪切形成共光路结构的基础上，引入双波长照明技术和波长复用技术，通过一次曝光采集一幅双波长复合全息图。在保证系统抗干扰能力的同时，方法简单易行，不需要任何偏振元件、空间滤波器阵列、二向色镜等特殊光学元件；该系统可分为透射式和反射式两种光路模式，分别适用于透明、半透明样品和不透明样品的三维形貌和高度信息的测量；由于引入波长复用技术，通过单次曝光由黑白CCD记录不同波长的复合全息图，对复合全息图进行傅里叶变换得到频谱图，不同波长对应的±1级频谱能够彼此分开，通过简单算法即可完成双波长甚至多波长全息图分离。
附图说明
图1为透射式双波长共路数字全息干涉测量系统；
图2为反射式双波长共路数字全息干涉测量系统；
图1中：1-第一激光器，2-第二激光器，3-第一光纤，4-第二光纤，5-光纤耦合器，6-第三光纤，7-光纤出头，8-准直透镜，9-反射镜，10-待测样品，11-显微物镜，12-平板玻璃，13-图像采集器件。
图2中：1-第一激光器，2-第二激光器，3-第一光纤，4-第二光纤，5-光纤耦合器，6-第三光纤，7-光纤出头，8-准直透镜，9-会聚透镜，10-分光棱镜，11-待测样品，12-显微物镜，13-平板玻璃，14-图像采集器件。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
本发明提供的一种双波长共路数字全息干涉测量方法步骤如下：
步骤1、将待测样品放置与物光光路中；
步骤2、用CCD记录两不同波长的光产生的全息图；
步骤3、对全息图做傅立叶变换，通过空间滤波方法分别取出两波长的一级频谱(由于波长不同，所以一级频谱的位置不同)，并分别将其移频至中心；
步骤4、分别将两波长的一级频谱乘以对应波长的传递函数并进行逆傅里叶变换，得到两波长对应的复振幅分布O1和O2；
步骤5、通过波前相减操作得到相位差，
其中算符arg(x)为求复振幅x的幅角，即复振幅O1和O2的相位差，nh是空气均匀样品的光程差，n是样品的折射率，h是样品的高度分布，λ1和λ2是波长，和是与λ1和对应的再现光场波前相位分布，Λ为等效波长，定义为根据该相位差最终可以计算出待测量样品的高度信息。
实施例1：本发明提出一种透射式双波长共路数字全息干涉测量系统，光路如图1所示，包括：第一激光器1，第二激光器2，第一光纤3，第二光纤4，光纤耦合器5，第三光纤6，光纤出头7，准直透镜8，反射镜9，花粉颗粒载玻片10，显微物镜11，平板玻璃12，图像采集器件13。
所述的透射式双波长共路数字全息干涉测量系统基本工作流程如下：第一激光器1和第二激光器2发出的光束经光纤耦合器5合束后，经光纤出头7出射，经过准直透镜8准直后经反射镜9反射以平行光束照射并穿过待测的花粉颗粒载玻片10，经显微物镜11放大后，携带物体信息的光束经平板玻璃12前后表面依次反射后发生横向错位，当物体尺寸较小时，同一波长两反射光波对应的物体所在区域与周围未携带物体信息的区域发生剪切干涉形成全息图，利用图像采集器件13记录两个波长形成的复合全息图。对复合全息图进行傅里叶变换得到频谱图，由于两光源存在一定的波长差，不同波长对应的±1级频谱能够彼此分开。利用上述双波长共路数字全息干涉测量方法进行数值重建，即可得到花粉颗粒的表面形貌信息。
实施例2：本发明提出一种反射式双波长共路数字全息干涉测量系统，光路如图2所示，包括：第一激光器1，第二激光器2，第一光纤3，第二光纤4，光纤耦合器5，第三光纤6，光纤出头7，准直透镜8，会聚透镜9，分光棱镜10，反射式分辨率板反射式分辨率板11，显微物镜12，平板玻璃13，图像采集器件14。
所述的反射式双波长共路数字全息干涉测量系统基本工作流程如下：第一激光器1和第二激光器2发出的光束经光纤耦合器5合束后，经光纤出头7以发散球面波出射，经过准直透镜8准直后，依次经会聚透镜9、分光棱镜10，以会聚球面波入射倒置的显微物镜11，经显微物镜11调制后以平行光束照射反射式分辨率板12，经样品表面反射再次经过显微物镜11和经分光棱镜10反射后，由平板玻璃13前后表面依次反射后发生横向错位，当物体尺寸较小时，同一波长两反射光波对应的物体所在区域与周围未携带物体信息的区域发生剪切干涉形成全息图，利用图像采集器件14记录两个波长形成的复合全息图。对复合全息图进行傅里叶变换得到频谱图，由于两光源存在一定的波长差，不同波长对应的±1级频谱能够彼此分开。利用上述双波长共路数字全息干涉测量方法进行数值重建，即可得到反射式分辨率板的表面形貌信息。

Claims (9)

1.一种双波长共路数字全息干涉测量方法，其特征在于包括如下步骤:
步骤1、将待测样品放置与物光光路中；
步骤2、用CCD记录两不同波长的光产生的全息图；
步骤3、对全息图做傅立叶变换，通过空间滤波方法分别取出两波长的一级频谱(由于波长不同，所以一级频谱的位置不同)，并分别将其移频至中心；
步骤4、分别将两波长的一级频谱乘以对应波长的传递函数并进行逆傅里叶变换，得到两波长对应的复振幅分布O1和O2；
步骤5、通过波前相减操作得到相位差
其中算符arg(x)为求复振幅x的幅角，即复振幅O1和O2的相位差，nh是空气均匀样品的光程差，n是样品的折射率，h是样品的高度分布，λ1和λ2是波长，和是与λ1和对应的再现光场波前的相位分布，Λ为等效波长，定义为根据该相位差最终可以计算出待测量样品的高度信息。
2.一种双波长共路数字全息干涉测量系统，包括两个激光器，若干光纤，一光纤耦合装置，一光纤发出装置，一准直装置，一样品，一反射镜，一显微物镜，一平面玻璃，一图像采集器件和一计算机。其中，所述第一激光器和所述第二激光器发出的光束经所述光纤耦合装置合束后，经所述光纤发出装置出射，经过所述准直装置准直后以平行光束照射并穿过样品或者经样品表面反射，经所述显微物镜放大后，携带物体信息的光束经所述平板玻璃前后表面发生剪切干涉形成全息图，利用所述图像采集装置记录两个波长形成的复合全息图。所述复合全息图由所述计算机进行频谱滤波和数值重建，最终得到物体的表面形貌信息。
3.根据权利要求2所述的双波长共路数字全息干涉测量系统，其特征在于：所述激光器为波长不同的两个激光器。
4.根据权利要求2所述的双波长共路数字全息干涉测量系统，其特征在于：所述光纤耦合装置为光纤耦合器。
5.根据权利要求2所述的双波长共路数字全息干涉测量系统，其特征在于：所述光纤发出装置为端面垂直切割的裸纤出头。
6.根据权利要求2所述的双波长共路数字全息干涉测量系统，其特征在于：所述准直装置为准直透镜。
7.根据权利要求2所述的双波长共路数字全息干涉测量系统，其特征在于：所述平板玻璃与光轴法平面成10～80°角。
8.根据权利要求2所述的双波长共路数字全息干涉测量系统，其特征在于：所述平面玻璃为具有一定厚度的透明平面平行玻璃板，其厚度可根据具体情况进行选择。
9.根据权利要求2所述的双波长共路数字全息干涉测量系统，其特征在于：所述图像采集装置为CCD或CMOS等图像记录器件。
CN201711154591.8A 2017-11-20 2017-11-20 一种双波长共路数字全息干涉测量方法与系统 Pending CN108007379A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711154591.8A CN108007379A (zh) 2017-11-20 2017-11-20 一种双波长共路数字全息干涉测量方法与系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711154591.8A CN108007379A (zh) 2017-11-20 2017-11-20 一种双波长共路数字全息干涉测量方法与系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108007379A true CN108007379A (zh) 2018-05-08

Family

ID=62052631

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711154591.8A Pending CN108007379A (zh) 2017-11-20 2017-11-20 一种双波长共路数字全息干涉测量方法与系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108007379A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109060723A (zh) * 2018-08-16 2018-12-21 西安工业大学 一种简单快速的双波长数字全息相位成像方法
CN110989314A (zh) * 2019-12-26 2020-04-10 北京工业大学 一种基于菲涅尔双面镜连续太赫兹波自参考数字全息成像方法
CN111122508A (zh) * 2019-11-08 2020-05-08 桂林电子科技大学 基于f-p干涉仪的双波长共路相位显微成像测量系统
CN112449295A (zh) * 2019-08-30 2021-03-05 华为技术有限公司 麦克风芯片、麦克风及终端设备
CN114152195A (zh) * 2021-11-29 2022-03-08 中国工程物理研究院计量测试中心 一种双波长共光路激光干涉测量装置及方法
JP2023095764A (ja) * 2021-12-24 2023-07-06 グミ エレクトロニクス アンド インフォメーション テクノロジー リサーチ インスティテュート 多重光源を用いた表面形状情報獲得装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103335592A (zh) * 2013-06-21 2013-10-02 南京师范大学 双洛埃镜数字全息显微测量方法
CN103630086A (zh) * 2013-11-13 2014-03-12 华南师范大学 一种基于单色ccd的双波长同时相移干涉测量方法
US20140270456A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Indian Institute Of Technology Delhi Image Recovery from Single Shot Digital Hologram
CN104407507A (zh) * 2014-09-18 2015-03-11 河北工程大学 一种基于Hilbert变换的数字全息高精度位相重建方法
CN104457611A (zh) * 2014-12-11 2015-03-25 南京师范大学 双波长剪切干涉数字全息显微测量装置及其方法
CN104713495A (zh) * 2015-02-10 2015-06-17 浙江科技学院 一种可消除光场畸变的横向剪切数字全息方法
CN104834201A (zh) * 2015-05-13 2015-08-12 北京工业大学 双波长偏振复用数字全息成像系统及方法
CN205384407U (zh) * 2016-03-10 2016-07-13 暨南大学 一种双波长反射式数字全息显微镜

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140270456A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Indian Institute Of Technology Delhi Image Recovery from Single Shot Digital Hologram
CN103335592A (zh) * 2013-06-21 2013-10-02 南京师范大学 双洛埃镜数字全息显微测量方法
CN103630086A (zh) * 2013-11-13 2014-03-12 华南师范大学 一种基于单色ccd的双波长同时相移干涉测量方法
CN104407507A (zh) * 2014-09-18 2015-03-11 河北工程大学 一种基于Hilbert变换的数字全息高精度位相重建方法
CN104457611A (zh) * 2014-12-11 2015-03-25 南京师范大学 双波长剪切干涉数字全息显微测量装置及其方法
CN104713495A (zh) * 2015-02-10 2015-06-17 浙江科技学院 一种可消除光场畸变的横向剪切数字全息方法
CN104834201A (zh) * 2015-05-13 2015-08-12 北京工业大学 双波长偏振复用数字全息成像系统及方法
CN205384407U (zh) * 2016-03-10 2016-07-13 暨南大学 一种双波长反射式数字全息显微镜

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JIANGLEI DI等: "Dual-wavelength common-path digital holographic microscopy for quantitative phase imaging based on lateral shearing interferometry", 《APPLIED OPTICS》 *
JIWEI ZHANG等: "Compact surface plasmon holographic microscopy for near-field film mapping", 《OPTICS LETTERS》 *
寇云莉等: "利用双波长数字全息术测量微小物体表面形貌", 《中国激光》 *
袁飞: "基于双波长数字全息技术的物体三维高度研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 基础科学辑》 *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109060723A (zh) * 2018-08-16 2018-12-21 西安工业大学 一种简单快速的双波长数字全息相位成像方法
CN109060723B (zh) * 2018-08-16 2021-01-05 西安工业大学 一种简单快速的双波长数字全息相位成像方法
CN112449295A (zh) * 2019-08-30 2021-03-05 华为技术有限公司 麦克风芯片、麦克风及终端设备
US11902742B2 (en) 2019-08-30 2024-02-13 Huawei Technologies Co., Ltd. Microphone chip, microphone, and terminal device
CN111122508A (zh) * 2019-11-08 2020-05-08 桂林电子科技大学 基于f-p干涉仪的双波长共路相位显微成像测量系统
CN110989314A (zh) * 2019-12-26 2020-04-10 北京工业大学 一种基于菲涅尔双面镜连续太赫兹波自参考数字全息成像方法
CN110989314B (zh) * 2019-12-26 2021-10-15 北京工业大学 一种基于菲涅尔双面镜连续太赫兹波自参考数字全息成像方法
CN114152195A (zh) * 2021-11-29 2022-03-08 中国工程物理研究院计量测试中心 一种双波长共光路激光干涉测量装置及方法
CN114152195B (zh) * 2021-11-29 2024-04-19 中国工程物理研究院计量测试中心 一种双波长共光路激光干涉测量装置及方法
JP2023095764A (ja) * 2021-12-24 2023-07-06 グミ エレクトロニクス アンド インフォメーション テクノロジー リサーチ インスティテュート 多重光源を用いた表面形状情報獲得装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108007379A (zh) 一种双波长共路数字全息干涉测量方法与系统
CN106292238B (zh) 一种反射式离轴数字全息显微测量装置
JP3926264B2 (ja) 凹面及びホログラムを有する非球面測定装置及び方法
Nolte Optical interferometry for biology and medicine
CN106123770B (zh) 一种折射率与形貌同时动态测量的方法
US5151800A (en) Compact hologram displays & method of making compact hologram
US20220381619A1 (en) Device and method for phase imaging and element detection based on wavefront modulation
CN107356196B (zh) 三波长载频复用共路数字全息检测装置与方法
CN104280141B (zh) 一种分光棱镜及探测涡旋光束拓扑荷的方法和装置
CN107462150B (zh) 基于一维周期光栅和点衍射的双视场数字全息检测方法
CN111122508A (zh) 基于f-p干涉仪的双波长共路相位显微成像测量系统
CN108169205A (zh) 一种空间外差拉曼光谱仪光路结构
CN108592784A (zh) 双波长透射点衍射式共路数字全息测量装置与方法
AU2011384082B2 (en) Quantitative phase measurement apparatus
JP5510676B2 (ja) 多色放射での画像化を可能とする空間搬送周波数を使用するインターフェロメトリックシステム
JPS59656A (ja) 流動する媒体中の速度勾配を測定する方法及び装置
CN109085139A (zh) 红外透射式离轴数字全息显微测量系统
CN108180824A (zh) 双波长载频正交透射点衍射式共路数字全息测量装置与方法
Zhang et al. Wavefront division digital holography
Zeĭlikovich et al. Holographic methods for regulating the sensitivity of interference measurements for transparent media diagnostics
CN110631994A (zh) 动量空间光学相位测量系统
CN108562225A (zh) 基于分光瞳的反射式共路数字全息装置与方法
CN107024173A (zh) 使用小孔衍射板的共光路点衍射同步移相干涉测试装置
CN204679089U (zh) 一种具有光程可调功能的杨氏光纤白光干涉解调仪
Wang et al. Single-Shot Common-Path Off-Axis Dual-Wavelength Digital Holographic Microscopy Based on Two-Dimensional Grating Diffraction

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20180508