CN111194419A - 用于偏振编码波的离轴记录的附加成像模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于偏振编码波的离轴记录的附加成像模块，所述附加成像模块可以连接至任何偏振适应干涉系统并且并入有第一偏振敏感分束器、所述模块的第一光学系统和检测器，其中所述模块的所述第一光学系统包括第一成像系统和线性偏振器。

Description

用于偏振编码波的离轴记录的附加成像模块
技术领域
本发明涉及一种用于偏振编码波的离轴记录的附加成像模块，所述附加成像模块可以连接至任何偏振适应干涉系统并且使用低相干光提供全息成像。
发明背景
近年来，光学显微镜通过在定量相位成像(QPI)中部署的数字成像技术得到发展，所述QPI广泛应用于生物光子学和材料科学。QPI最常见的是通过全息成像实施，其中将关于研究对象的信息编码至信号(对象)与参考波之间引入的相位差中。
由信号波和参考波(全息图)创建的干扰记录由三个术语-真实全息图像、共轭全息图像和零阶图像(D.C.术语)组成。为了重构正确的全息图，需要分离真实全息图像。这可以通过称为在线全息摄影和离轴全息摄影的两种不同实验方案来实现。在在线全息摄影中，信号光束和参考光束几乎共享相同的光路并以相同角度入射到检测器上。为了重构真实全息图像，需要通过施加在参考波上的不同相移获取的至少三个全息记录。在离轴全息摄影中，信号光束和参考光束会干扰相互的角度倾斜，从而允许对真实全息图像进行单次重构。
在在线全息摄影中，干涉光束在干涉仪的输出处共线并且通过采用复杂的相移方法重构真实全息图像。开发的技术涉及由压电致动器实施的机械扫描、由光电装置引入的相位调制，或使用光的偏振态变换的消色差相移。
相移过程对技术要求很高，因为随机的机械和光学变化可能会影响干涉光束之间引入的相移的精度，或在重复记录期间改变干涉光束的相位。这些不良影响会降低定量图像重构的质量和精度。
在离轴全息摄影中，干涉光束进行重新组合，同时相对于光轴保持不同角度。光束的相互角度倾斜导致空间载波频率的创建，从而允许应用傅里叶方法对真实全息图像进行单次重构。
为了获得干涉光束的不同倾斜度，必须使用信号光束和参考光束的两个独立光路。干涉仪的信号臂和参考臂中的光路重复使系统难2以调整并且增加系统对振动、温度波动和折射率不均匀性的敏感性2。因此，双路径系统的实施方式要求高且成本高。
在标准离轴系统中，通过放置于信号路径或参考路径中的镜子或类似操作的光学组件实现光束的不同角度倾斜。具有这种离轴调整3的干涉仪不再是消色差的，而是需要使用具有足以在整个视场中干4涉光束的相干长度的近乎单色光。激光提供非常长的相干长度，但是会引起相干噪声，从而极大地降低全息成像的性能。
前述问题通过相干受控全息显微镜(CZ302491、EP2378244 B1、US8526003 B2)解决，所述相干受控全息显微镜基于用作衍射分束器的衍射光栅的成像。伴随衍射光栅的成像的衍射色散提供干涉光束的波长相关倾斜角。因此，干涉光束的单色分量进行重新组合，同时产生具有与波长无关的周期的干涉条纹。在利用低相干光时，相干受控离轴全息系统允许对真实全息图像进行单次重构。
如果使用共路干涉配置，则可以抑制连接至在线布置和离轴布置两者的负面外部影响，并且在低成本系统中实现更稳定成像。在共路几何结构中，干涉光束共享相同光路并且随机外部变化均等地施加在两个光束上，从而允许光束在全息图记录中进行自补偿。
为了利用共路系统，必须使用能够区分共享相同光路的信号光束和参考光束的方法。对于在相移过程或对比度调整中所需的干涉光束的独立修改或调制，这是必需的。为了区分共线光束，通常利用所述共线光束的正交线性偏振态。
偏振策略的实例有发明US8334981，此发明涉及偏振适应Mirau干涉物镜。干涉仪将入射光分成两个线性偏振波，其方式为使得分别从样品和参考镜反射的信号波和参考波获得正交偏振。这通过Mirau干涉物镜与非偏振分束器配合工作来实现，所述非偏振分束器由正交偏振透射光和反射光的薄层覆盖。偏振编码信号波和参考波穿过相同光路朝向检测器传播。放置于检测器前方的分析仪将信号波和参考波两者的电场振荡投射在相同方向上。分析仪的角定向驱2动透射波的强度并且可以用于优化干涉对比。干涉图由检测器记录，所述检测器最常见的是CCD或CMOS芯片。
在根据发明US8072610的偏振适应Mirau干涉仪中利用类似配置3。此系统与线性偏振照明协作并且将Mirau干涉物镜用于成像路径0的偏振适应。非偏振分束器放置于物镜内并且夹在用作四分之一波片的各向异性板之间。各个四分之一波片的快轴相对于照明光束的线性偏振方向以角度0°和45°定向。分别在样品和参考镜处反射的信号波和参考波在Mirau干涉物镜的输出处获得正交线性偏振。随后，偏振编码信号波和参考波合并至相同光路中，所述偏振编码信号波和参考波穿过所述光路朝向检测器。分析仪将信号波和参考波的电场振荡投射在相同方向上，从而可以记录信号波和参考波的干涉。
两个前述系统使用提供稳定成像的共路配置，外部影响在所述稳定成像中有效地得到抑制。然而，如果压电换能器实施相移过程，应用电光调制器或偏振系统，并且记录至少四个全息图，则会重构真实全息图像。
以下论文中提出了保留共路布置的优点的全息图离轴记录：Rongli G.等人的“基于偏振滤波的具有LED照明的离轴数字全息显微镜(Off-axis digital holographicmicroscopy with LED illumination based on polarization filtering)”，《应用光学》第52期，8233-8238(2013年)。此方法基于Linnik干涉仪，所述Linnik干涉仪与拥有共同偏振分量所产生的正交线性偏振的信号波和参考波协作。Linnik干涉仪连接至4f成像系统，所述4f成像系统由衍射光栅、一对傅里叶透镜和线性偏振器组成。衍射光栅放置于第一傅里叶透镜的前焦平面中，而线性偏振器放置于第一傅里叶透镜的后焦平面中。此平面与第二傅里叶透镜的前焦平面重合。衍射光栅将信号波和参考波偏转至光栅的所有衍射极中，其中各个级中的光强度取决于光栅的设计。所使用的隔膜和偏振滤光器必须阻挡穿透至不必要衍射级的信号波和参考波，从而允许信号波和参考波分别仅穿过第+1和第-1衍射级。使用线性偏振器，在检测之前将信号波和参考波的电场振荡投射在相同方向上。在检测器处，创建具有消色差载波频率的全息图。
此系统与全息图的离轴记录协作，从而允许单次图像重构，但其缺点是使用标准衍射光栅。此光栅效率低并且将信号波和参考波偏转至所有衍射级，包括展现破坏性效果的衍射级。在第+1和第-1衍射级中的信号光束和参考光束的分离需要麻烦地阻挡不必要的光以及偏振滤波。这会降低系统的效率，从而增加积分时间并降低测量精度。
发明内容
基本上消除了上述缺点，并且本发明的目标通过用于偏振编码波的离轴记录的附加成像模块来实现。提出的附加成像模块由第一偏振敏感分束器、所述模块的第一光学系统和检测器组成，其中所述模块的所述第一光学系统包括第一成像系统和线性偏振器。
所述附加成像模块包括实现为几何相光栅的所述第一偏振敏感分束器。所述几何相光栅是能够根据光束的偏振态对光束进行方向分离的光学组件。
所述模块的所述第一光学系统的优选实施方案包括所述线性偏振器，所述第一成像系统和第二成像系统，其中所述成像系统包含具有正屈光力的至少一个成像光学组件。
所述附加成像模块的另一实施方案涉及所述模块的所述第二光学系统，所述第二光学系统由具有正屈光力的至少一个成像光学组件组成。所述模块的所述第二光学系统放置于所述第一偏振敏感分束器的前方，并且所述第二光学系统还包含第二偏振敏感分束器，所述第二偏振敏感分束器插入到所述第一偏振敏感分束器与所述模块的所述第一光学系统之间。
在所述附加成像模块的另一优选实施方案中，所述模块的所述第一光学系统包括放置于所述第一偏振敏感分束器与所述线性偏振器之间的四分之一波片。在另一优选实施方案中，所述附加成像模块包括放置于所述第二偏振敏感分束器与所述线性偏振器之间的四分之一波片。
所述附加成像模块的另一优选实施方案包括放置于偏振适应在线干涉仪与所述第一偏振敏感分束器之间的所述四分之一波片。
本发明还提供通过所述附加成像模块进行所述偏振编码波的离轴记录。此方法得益于所述偏振敏感分束器的使用，所述偏振敏感分束器放置于所述偏振适应在线干涉仪的图像平面中。所述偏振敏感分束器对正交偏振波执行角分离，所述正交偏振波当离开所述干涉仪时在不同方向上传播。所述偏振编码波和空间分离波还进入所述模块的所述第一光学系统，其中所述偏振编码波和空间分离波的电场的振荡通过所述线性偏振器投射到相同方向上。在下一步骤中，所述第一成像系统转换两个波，同时创建具有与所用光的波长无关的载波频率的离轴全息图。
替代地，使用所述第二成像系统实现在所述附加成像模块中的所述偏振分离波的离轴记录，所述第二成像系统影响所述正交偏振波在所述第一偏振敏感分束器后方的传播方向。所述第二成像系统相对于所述第一偏振敏感分束器定位，其方式为使得第二成像系统在无限远处产生其图像，因此准直偏振编码波。随后，所述偏振编码波的所述电场振荡通过所述线性偏振器投射到相同方向上并且通过所述第一成像系统聚焦在所述检测器上，其中记录具有与所述所用光的所述波长无关的载波频率的所述离轴全息图。
在另一优选实施方案中，修改通过所述附加成像模块进行对所述偏振编码波的所述离轴记录，其方式为使得所述偏振编码波穿过所述四分之一波片，所述四分之一波片将所述波的正交圆偏振态转换成正交线性偏振。具有所述正交线性偏振的所述波随后穿过所述线性偏振器，所述线性偏振器将所述波的所述电场振荡投射在相同方向上，同时通过改变所述偏振器的定向角度来调整所述波的振幅。
实施通过所述附加成像模块进行对所述偏振编码波的所述离轴记录的另一修改，其方式为使得通过使用所述模块的所述第二光学系统将所述偏振编码波从所述干涉仪的图像平面转换至所述第一偏振敏感分束器的平面，所述第二光学系统还提供所述波的准直。随后，通过所述第一偏振敏感分束器将准直波和正交偏振波成角度地分开；因此所述准直波和正交偏振波在不同方向上传播。具有不同传播方向的波通过所述第二偏振敏感分束器转换，所述第二偏振敏感分束器将所述波倾斜至与所述第一偏振分束器前方的波的传播方向一致的原始方向，并且同时引入所述波的相互侧向位移。侧向位移波和偏振编码波进入所述模块的所述第一光学系统，其中通过所述线性偏振器将所述波的所述电场振荡投射到相同方向上。具有统一偏振态的波在检测器处发生干涉，并且创建具有与所用光的波长无关的载波频率的离轴全息图。
在另一优选实施方案中，修改通过所述附加成像模块进行对所述偏振编码波的所述离轴记录，其方式为使得所述偏振编码波穿过所述四分之一波片，所述四分之一波片将所述波的所述正交圆偏振态转换成正交线性偏振。具有所述正交线性偏振的所述波随后穿过所述线性偏振器，所述线性偏振器将所述波的所述电场振荡投射在相同方向上，同时通过改变所述偏振器的定向角度来调整所述波的振幅。
在通过所述附加成像模块对所述偏振编码波的所述离轴记录的另一优选修改中，从所述偏振适应在线干涉仪发出的波是分离成所述正交线性偏振的偏振，随后通过使用所述四分之一波片将所述正交线性偏振转换成所述正交圆偏振。
附图说明
图1说明提供偏振编码波的光学系统以及用于离轴全息图的记录的所连接附加成像模块的方案，所述附加成像模块与第一偏振敏感分束器、检测器和模块的第一光学系统协作，所述第一光学系统由线性偏振器和第一成像系统组成。
图2说明用于偏振编码波的离轴记录的附加成像模块的方案，所述附加成像模块与第一偏振敏感分束器、检测器和模块的第一光学系统协作，所述第一光学系统由线性偏振器以及第一和第二成像系统组成。
图3说明用于偏振编码波的离轴记录的附加成像模块的方案，所述附加成像模块与第一偏振敏感分束器、检测器和模块的第一光学系统协作，所述第一光学系统由四分之一波片、线性偏振器以及第一和第二成像系统组成。
图4说明提供偏振编码波的光学系统以及用于离轴全息图的记录的所连接附加成像模块的方案，所述附加成像模块与模块的第二光学系统、第一和第二偏振敏感分束器、检测器和模块的第一光学系统协作，所述第一光学系统由线性偏振器和第一成像系统组成。
图5说明用于偏振编码波的离轴记录的附加成像模块的方案，所述附加成像模块与模块的第二光学系统、第一和第二偏振敏感分束器、检测器和模块的第一光学系统协作，所述第一光学系统由线性偏振器和第一成像系统组成。
图6说明用于偏振编码波的离轴记录的附加成像模块的方案，所述附加成像模块与模块的第二光学系统、第一和第二偏振敏感分束器、检测器和模块的第一光学系统协作，所述第一光学系统由四分之一波片、线性偏振器和第一成像系统组成。
图7说明提供偏振编码波的光学系统以及用于离轴全息图的记录的所连接附加成像模块的方案，所述附加成像模块与四分之一波片协作，所述四分之一波片将来自光学系统的信号波和参考波的正交线性偏振转换成正交圆偏振。
具体实施方式
图1示出用于偏振编码波的离轴记录的附加成像模块3的方案。附加成像模块3连接至偏振适应系统2，所述偏振适应系统2与多色的空间不相干光源1协作。偏振适应系统2将由光源1发出的光分成信号路径2.1和参考路径2.2。测量样品放置于信号路径的物平面中，而参考样品放置于参考路径的物平面中。例如，参考样品可以是平面镜、显微镜载玻片，或提供透射或反射波的已知调制的任何其它元件。信号路径和参考路径均被设计成在偏振适应系统2.3的图像平面处创建信号路径和参考路径的物平面的图像。选择信号路径和参考路径的光学组件以提供相同的光学路径长度，即，光需要相同时间穿过信号路径和参考路径。
进一步假设偏振适应系统2提供通过路径2.1和2.2传播的偏振编码波。这些波由琼斯矢量Ji确定，i＝1、2，从而满足正交条件
Figure BDA0002419331500000081
其中
Figure BDA0002419331500000082
是埃尔米特共轭矢量。
附加成像模块3连接在偏振适应系统2的输出处。附加成像模块3由第一偏振敏感分束器4、模块的第一光学系统5和检测器6组成。模块的第一光学系统5由第一成像系统5.1和线性偏振器9组成。当将附加成像模块3连接至偏振适应系统2时，图像平面2.3设定成与偏振敏感分束器4的平面重合。第一偏振敏感分束器4提供源自信号路径2.1和参考路径2.2的各个光束的方向分离，其方式为使得光束的轴线倾斜角度2α。角度2α通过光栅方程sin(α)＝λ/d给出，其中λ是波长并且d表示光栅的空间周期。
模块的第一光学系统5由第一成像系统5.1组成。成像系统5.1以某种方式设计，使得平面2.3，即偏振敏感分束器4的平面，以横放2大率m成像至与检测器6重合的模块3的图像平面。模块的第一光学系统5还包含线性偏振器9，在来自信号路径2.1和参考路径2.2的波入射到检测器6上之前，所述线性偏振器9将所述波的电场振荡投射到相同方向上。
偏振编码光束在检测器6的平面中以相互角度倾斜2β重新组合，所述偏振编码光束的轴线在偏振敏感分束器4后方形成角度2α。此4角度倾斜通过sin(β)＝λ/(m·d)确定。光束的干涉产生离轴全息图，所述离轴全息图记录在检测器6处并且所述离轴全息图的空间载波频率υN＝2/(m·d)与波长无关。空间载波频率由模块3的光学参数给出。当通过傅里叶光学方法处理全息记录时，必须优化这些参数以创建空间载波频率，从而允许将真实全息图像与非衍射光分离。
在优选实施方案中，信号路径2.1和参考路径2.2共享任何数目的光学组件并且以共路配置工作。偏振敏感分束器可以由几何相光栅表示，所述几何相光栅在Pancharatnam-Berry相位上操作并且在具有左旋和右旋圆偏振的光束的轴线之间形成角分离2α，同时实现高于90％的效率。线性偏振器9可以是将一般偏振态转换成线性偏振(例如，圆偏振至线性偏振)的任何偏振组件。第一成像系统5.1可以由满足上文所定义条件的任何数目的光学组件(例如，透镜、透镜系统或物镜)组成，用于以最佳空间载波频率记录离轴全息图。
图2示出成像模块3的方案。在此实施方案中，成像模块3逐步由第一偏振敏感分束器4、第二成像系统5.2、线性偏振器9、第一成像系统5.1和检测器6组成。选择第一成像系统5.1和第二成像系统5.2的光学组件，以在两个光学系统之间形成平行光束并且将图像从图像平面2.3传递至与检测器6重合的平面。线性偏振器9插入第一成像系统5.1与第二成像系统5.2之间，这确保将偏振编码波的电场振荡投射到相同方向上。线性偏振器9和第一成像系统5.1的相互位置可以在不同实施方案中变化。
图3示出成像模块3的方案。在此实施方案中，成像模块3逐步由第一偏振敏感分束器4、第二成像系统5.2、四分之一波片10、线性偏振器9、第一成像系统5.1和检测器6组成。选择第一成像系统5.1和第二成像系统5.2的光学组件，以在两个光学系统之间形成平行光线并且将图像从图像平面2.3传递至与检测器6重合的平面。四分之一波片10插入第二成像系统5.2与线性偏振器9之间，这确保将偏振编码波的正交圆偏振态转换成偏振编码波的正交线性偏振。线性偏振器9将偏振编码波的电场振荡投射到相同方向上。线性偏振器9、第一成像系统5.1和第二成像系统5.2的相互位置可以在不同实施方案中变化。四分之一波片10和线性偏振器9的组合允许控制透射波的振幅并且优化干涉图的对比度。
图4示出用于偏振编码波的离轴记录的成像模块3的方案。成像模块3连接至偏振适应光学系统2，所述偏振适应光学系统2还连接至多色且空间不相干的光源1。由光源1发出的光进入偏振适应系统2，光在所述偏振适应系统2中分成信号路径2.1和参考路径2.2。信号成像路径和参考成像路径均被设计成将其物平面成像至相同图像平面2.3。选择信号路径和参考路径的光学组件以提供相同的光学路径长度，即，光需要相同时间穿过信号路径和参考路径。
进一步假设偏振适应系统2提供通过路径2.1和2.2传播的偏振编码波。这些波由琼斯矢量Ji确定，i＝1、2，从而满足正交条件
Figure BDA0002419331500000101
其中
Figure BDA0002419331500000111
是埃尔米特共轭矢量。
附加成像模块3连接在偏振适应系统2的输出处。附加成像模块3逐步由模块7的第二光学系统、第一偏振敏感分束器4、第二偏振敏感分束器8、模块的第一光学系统5和检测器6组成。模块7的第二光学系统放置于图像平面2.3与第一偏振敏感分束器4之间并且可以由任何光学组件组成。选择模块7的第二光学系统的光学组件，其方式为使得来自图像平面2.3的图像被传递至无限远并且平行光线入射到第一偏振敏感分束器4上。
第一偏振敏感分束器4有利地实现为几何相光栅，所述几何相光栅在来自信号路径2.1和参考路径2.2的正交偏振光束之间引入角分离2α。角度2α通过光栅方程sinα＝λ/d给出，其中λ是波长并且d表示光栅周期。第二偏振敏感分束器8有利地实现为几何相光栅，与第一偏振敏感分束器4所引入的角度倾斜相比，所述几何相光栅形成偏振编码波的相反角度倾斜并且补偿偏振编码波的衍射色散。以此方式，正交偏振光束根据其波长在偏振敏感分束器8后方侧向位移，而光束的传播方向保持与进入第一偏振敏感分束器4之前的那些光束相同。
模块的第一光学系统5可以由任何光学组件组成，从而确保在与检测器6重合的成像模块3的图像平面处形成平面2.3的图像。模块的第一光学系统5由第一成像系统5.1和线性偏振器9组成。在来自信号路径2.1和参考路径2.2的偏振编码波入射到检测器6上之前，线性偏振器9将所述波的电场振荡投射到相同方向上。
偏振编码准直光束在检测器6的平面中以相互角度倾斜2β重新组合，所述偏振编码准直光束的轴线在偏振敏感分束器4后方形成角度2α。在近轴近似中，角度β通过β＝L·λ/(f·d)给出，其中L是第一偏振敏感分束器4与第二偏振敏感分束器8之间的距离，并且f表示第一成像系统5.1的焦距。光束的干涉形成离轴全息图，所述离轴全息图记录在检测器6处并且所述离轴全息图的空间载波频率υN＝2L/(f·d)与波长无关。空间载波频率由成像模块3的光学参数给出。当通过傅里叶光学方法处理全息记录时，必须优化这些参数以创建空间载波频率，从而允许将真实全息图像与非衍射光分离。
在优选实施方案中，信号路径2.1和参考路径2.2共享任何数目的光学组件并且以共路配置工作。第一偏振敏感分束器4和第二偏振敏感分束器8可以实现为在Pancharatnam-Berry相位上操作的几何相光栅。第一偏振敏感分束器4将入射准直波以左旋圆偏振偏转角度α，同时将入射准直波的偏振态改变至右旋圆偏振。将具有右旋圆偏振的入射波偏转角度-α，同时将入射波的偏振态改变至左旋圆偏振。因此，当光束离开第一偏振敏感分束器4时，具有正交圆偏振的光束的传播方向倾斜角度2α。实现为几何相光栅的第二偏振敏感分束器8类似于偏振敏感分束器4工作，并且根据准直光束的圆偏振的顺手性引入准直光束的方向倾斜。因此，以左旋偏振入射到第一偏振敏感分束器4上的光束在离开第二偏振敏感分束器8时保持偏振态和传播方向两者。在光束入射到具有右旋圆偏振的第一偏振敏感分束器4上的情况下，也会发生相同情况。第二偏振敏感分束器8补偿第一偏振敏感分束器4的衍射色散；因此正交偏振光束根据其波长在偏振敏感分束器8后方侧向移位，同时光束的传播方向与进入第一偏振敏感分束器4之前的那些光束相同。模块的各个成像系统可以由满足上文所定义条件的任何数目的光学组件(例如，透镜、透镜系统或物镜)组成，用于以最佳空间载波频率记录离轴全息图。
图5示出成像模块3的方案。在此实施方案中，成像模块3由模块的第二光学系统7、第一偏振敏感分束器4、第二偏振敏感分束器8、线性偏振器9、第一成像系统5.1和检测器6组成。第一偏振敏感分束器4在来自信号路径2.1和参考路径2.2的正交偏振光束之间引入角分离2α。角度α通过光栅方程sinα＝λ/d给出。与第一偏振敏感分束器4所引入的角度倾斜相比，第二偏振敏感分束器8形成偏振编码波的相反角度倾斜，并且补偿偏振编码波的衍射色散。以此方式，正交偏振光束根据其波长在偏振敏感分束器8后方侧向位移，而光束的传播方向保持与进入第一偏振敏感分束器4之前的那些光束相同。线性偏振器9将偏振编码波的电场振荡投射到相同方向上。
图6示出成像模块3的方案。在此实施方案中，成像模块3逐步由模块的第二光学系统7、第一偏振敏感分束器4、第二偏振敏感分束器8、四分之一波片10、线性偏振器9、第一成像系统5.1和检测器6组成。选择模块的第二光学系统7的光学组件，其方式为使得来自图像平面2.3的图像被传递至无限远并且平行光线入射到第一偏振敏感分束器4上。
第一偏振敏感分束器4在来自信号路径2.1和参考路径2.2的正交偏振光波之间引入角分离2α。角度2α通过光栅方程sinα＝λ/d给出。与第一偏振敏感分束器4所引入的角度倾斜相比，第二偏振敏感分束器8形成偏振编码波的相反角度倾斜，并且补偿偏振编码波的衍射色散。以此方式，正交偏振光束根据其波长在偏振敏感分束器8后方侧向位移，而光束的传播方向保持与进入第一偏振敏感分束器4之前的那些光束相同。
四分之一波片10插入第二偏振敏感分束器8与线性偏振器9之间，所述四分之一波片10将以正交圆偏振编码的光波转换成具有正交线性偏振的波。线性偏振器9将偏振编码波的电场振荡投射到相同方向上。四分之一波片10和线性偏振器9的组合允许控制透射波的振幅并且优化干涉图的对比度。
图7示出用于偏振编码波的离轴记录的成像模块3的方案。成像模块3连接至偏振适应光学系统2，所述偏振适应光学系统2还连接至多色且空间不相干的光源1。从光源1发出的光进入偏振适应系统2，光在所述偏振适应系统2中分成信号路径2.1和参考路径2.2。信号成像路径和参考成像路径均被设计成将其物平面成像至相同图像平面2.3。选择信号路径和参考路径的光学组件以提供相同的光学路径长度，即，光需要相同时间穿过信号路径和参考路径。
进一步假设偏振适应系统2提供通过路径2.1和2.2传播的偏振编码波。这些波由琼斯矢量Ji确定，i＝1、2，从而满足正交条件
Figure BDA0002419331500000141
其中
Figure BDA0002419331500000142
是埃尔米特共轭矢量。
如果在偏振适应系统2的输出处将光波编码成正交线性偏振，则输入四分之一波片11用于将波的正交线性偏振转换成正交圆偏振态。如果偏振适应系统提供具有正交圆偏振的波，则省略四分之一波片11并且光波进入成像模块3。
成像模块3可以连接至任何偏振适应光学系统2，所述偏振适应光学系统2提供基于圆或线性偏振态而正交偏振的信号波和参考波。
参考符号列表
1…光源
2...偏振适应干涉系统
2.1…成像信号路径
2.2...成像参考路径
2.3…图像平面
3...成像模块
4…第一偏振敏感分束器
5...模块的第一光学系统
5.1...第一成像系统
5.2...第二成像系统
6…检测器
7...模块的第二光学系统
8...第二偏振敏感分束器
9...线性偏振器
10…四分之一波片
11…输入四分之一波片

Claims (15)

1.一种用于偏振编码波的离轴记录的成像模块(3)，其特征在于，所述成像模块并入有第一偏振敏感分束器(4)、所述模块的第一光学系统(5)和检测器(6)，其中所述模块的所述第一光学系统(5)包括第一成像系统(5.1)和线性偏振器(9)。
2.根据权利要求1所述的成像模块(3)，其特征在于，所述第一偏振敏感分束器(4)实现为几何相光栅。
3.根据权利要求1和2所述的成像模块(3)，其特征在于，所述模块的所述光学系统(5)还包含第二成像系统(5.2)。
4.根据权利要求1所述的成像模块(3)，其特征在于，所述第一成像系统(5.1)包含具有正屈光力的至少一个成像元件。
5.根据权利要求3所述的成像模块(3)，其特征在于，所述第二成像系统(5.2)包含具有正屈光力的至少一个成像元件。
6.根据前述权利要求中任一项所述的成像模块(3)，其特征在于，所述模块的所述第一光学系统(5)还包含四分之一波片(10)，所述四分之一波片放置于所述第一偏振敏感分束器(4)与所述线性偏振器(9)之间。
7.根据权利要求1、2和4所述的成像模块(3)，其特征在于，所述成像模块并入有所述模块的第二光学系统(7)，而所述模块的所述第二光学系统(7)放置于所述第一偏振敏感分束器(4)前方，并且所述成像模块还包含第二偏振敏感分束器(8)，所述第二偏振敏感分束器放置于所述第一偏振敏感分束器(4)与所述第一成像系统(5.1)之间。
8.根据权利要求7所述的成像模块(3)，其特征在于，所述成像模块还包含四分之一波片(10)，而所述四分之一波片(10)放置于所述第二偏振敏感分束器(8)与所述线性偏振器(9)之间。
9.根据前述权利要求中任一项所述的成像模块(3)，其特征在于，所述成像模块还包含四分之一波片(11)，所述四分之一波片放置于偏振适应光学系统(2)与所述第一偏振敏感分束器(4)之间。
10.一种用于通过成像模块(3)进行对偏振编码波的离轴记录的方法，其特征在于
-将两个偏振编码波通过穿过第一偏振敏感分束器(4)在图像平面(2.3)中分成两个方向，其中所述偏振编码波中的每一个在不同方向上传播，
-两个偏振编码波进入所述模块的第一光学系统(5)，其中通过线性偏振器(9)将所述波的电场振荡投射到相同方向上，
-通过第一成像系统(5.1)将具有相同电场振荡方向的两个线性偏振波投射到检测器(6)上，
-具有所述相同电场振荡方向的两个偏振波在所述检测器(6)处发生干涉，其中形成具有与波长无关的空间载波频率的离轴全息图。
11.根据权利要求10所述的用于通过成像模块(3)进行对偏振编码波的离轴记录的方法，其特征在于
-在由所述第一偏振敏感分束器(4)划分两个偏振编码波之后，所述波的传播方向受成像系统(5.2)影响，
-第二成像系统(5.2)相对于所述第一偏振敏感分束器(4)的设计和定位方式为使得能在无限远处形成所述第二成像系统的图像，
-两个偏振编码波穿过所述线性偏振器(9)，所述线性偏振器将所述偏振编码波的电场振荡投射到相同方向上，
-通过所述第一成像系统(5.1)将具有所述相同电场振荡方向的两个线性偏振波投射到所述检测器(6)上，
-具有所述相同电场振荡方向的两个线性偏振波在所述检测器(6)处发生干涉，其中形成具有与波长无关的所述空间载波频率的所述离轴全息图。
12.根据权利要求10或11所述的用于通过成像模块(3)进行对偏振编码波的离轴记录的方法，其特征在于
-两个偏振编码波在入射到所述线性偏振器(9)上之前穿过四分之一波片(10)，所述四分之一波片将所述波的正交圆偏振转换成正交线性偏振态，
-两个偏振编码波穿过所述线性偏振器(9)，所述线性偏振器将所述波的所述电场振荡投射在相同方向上，同时根据所述线性偏振器的角定向影响所述波的振幅。
13.一种用于通过成像模块(3)进行对偏振编码波的离轴记录的方法，其特征在于
-通过所述模块的第二光学系统(7)将两个偏振编码波从图像平面(2.3)转换至偏振敏感分束器(4)的平面，
-将两个偏振编码波通过穿过所述偏振敏感分束器(4)而分成两个传播方向，其中所述偏振编码波中的每一个在不同方向上传播，
-两个偏振编码波的所述传播方向进一步受第二偏振敏感分束器(8)影响，其中新的传播方向与两个波在第一偏振敏感分束器(4)前方的传播方向重合，
-两个偏振编码波进入所述模块的第一光学系统(5)，其中通过线性偏振器(9)将所述波的电场振荡投射到相同方向上，
-具有相同电场振荡方向的两个偏振波在检测器(6)处发生干涉，其中形成具有与波长无关的空间载波频率的离轴全息图。
14.根据权利要求13所述的用于通过成像模块(3)进行对偏振编码波的离轴记录的方法，其特征在于
-两个偏振编码波在入射到所述线性偏振器(9)上之前穿过四分之一波片(10)，所述四分之一波片将所述波的正交圆偏振转换成正交线性偏振态，
-两个偏振编码波穿过所述线性偏振器(9)，所述线性偏振器将所述波的所述电场振荡投射在相同方向上，同时根据所述线性偏振器的角定向影响所述波的振幅。
15.根据权利要求10至14所述的用于通过成像模块(3)进行对偏振编码波的离轴记录的方法，其特征在于
-在偏振适应光学系统(2)的输出处拥有所述正交线性偏振的所述偏振编码波穿过输入四分之一波片(11)，所述输入四分之一波片将所述波的所述正交线性偏振转换成所述正交圆偏振态。
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