CN114459620A - 通过单一波片在双干涉通道间产生π相移的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过单一波片在双干涉通道间产生π相移的装置及方法，该装置包括激光器、第一全反射镜、偏振衰减器、相移器、第一偏振分光棱镜、第二全反射镜、载物台、第一物镜、第一镜筒、分光棱镜、第二物镜、第二镜筒、第三全反射镜、波片、第二偏振分光棱镜、第一相机和第二相机。相移器是根据双折射晶体的特性和偏振分束镜的特性，按照双干涉通道中，需要固定相移量的需求，利用正交偏振光通过特定波片与偏振分束镜后可以在两个相机上分别干涉，所得两幅干涉图片的相位差为定值π。所提出的装置及方法简单，稳定可靠，灵活性高。简化了系统的光路结构，降低了组装调试系统的难度，提高了干涉系统的采图效率。

Description

通过单一波片在双干涉通道间产生π相移的装置及方法

技术领域

本发明涉及数字全息干涉测量技术领域，具体涉及一种通过单一波片在双干涉通道间产生π相移的装置及方法。

背景技术

在相位测量中，通常使用四步相移算法或傅里叶算法来实现相位测量。其中四步相移算法需要使用4张干涉图片来进行计算。单独采集4张干涉图片不仅耗时长，步骤繁琐，而且精度也没有办法得到保证。

双干涉通道系统中产生固定π相移的方法属于数字全息干涉领域的偏振干涉方面。在光路搭建和仪器的装配过程中，双干涉通道系统相比于单干涉通道系统，不仅需要更多的光学器件，还需要双通道中干涉相位图有固定的相位差。

这样双干涉通道系统中还存在很多问题：光学系统复杂，对于光学器件的位置要求严格，双通道干涉图间无法产生稳定固定的相移量。所以如何使用尽量简单器件产生双通道系统中固定的相位差，成为了双干涉通道系统中需要解决的难题。

发明内容

有鉴于此，针对光学系统的复杂难调、双干涉通道间无法直接产生相移、相移量不确定等技术问题，本发明提出一种通过单一波片在双干涉通道间产生π相移的装置及方法，无需调整参考光与物光特定的光强比就能达到固定的π相移，使双干涉通道能够在相位测量中发挥更好的作用。

本发明通过以下技术手段解决上述问题：

一方面，本发明提供一种通过单一波片在双干涉通道间产生π相移的装置，用于数字全息干涉系统，包括激光器、第一全反射镜、偏振衰减器、相移器、第一偏振分光棱镜、第二全反射镜、载物台、第一物镜、第一镜筒、分光棱镜、第二物镜、第二镜筒、第三全反射镜、波片、第二偏振分光棱镜、第一相机和第二相机；

激光器中射出线偏振光，经第一全反射镜反射后，通过偏振衰减器来控制参考光和物光的比例，与总光强的大小；再通过相移器进行非固定相移，通过第一偏振分光棱镜被分成两束相互垂直的透射光和反射光；

其中透射光经过第二全反射镜后，经过载物台后携带物体信息，再经过第一物镜后被扩束，再经过第一镜筒进行转接成像，在分光棱镜出进行合束；

反射光为了光路对称，也通过一个第二物镜扩束，再经过一个第二镜筒来保证光程差达到仪器要求，再通过第三全反射镜，和透射光在分光棱镜处来进行合束，产生了两束正交的线偏振光；

两束正交偏振的光照射到波片上，波片的快轴与物光路光的偏振方向有特定的角度；偏振光通过波片发生相位延迟；

经过波片的偏振光在偏振分束棱镜处发生干涉，在经过偏振分光棱镜后，被分成两束干涉光照射到第一相机和第二相机上。

进一步地，所述波片为二分之一波片或四分之一波片。

进一步地，所述激光器为632.8nm氦氖激光器；所述相移器为压电陶瓷或者液晶相位延迟器。

另一方面，本发明提供一种通过单一波片在双干涉通道间产生π相移的方法，包括如下步骤：

步骤一：搭建所述数字全息干涉系统，在偏振衰减器后使用相移器进行相移，通过第一偏振分光棱镜的偏振分光作用形成双干涉通道；

步骤二：打开激光器，激光器中射出线偏振光；通过第一偏振分光棱镜，被分成两束偏振方向相互垂直的两束光，分别为透射光和反射光，其中透射光经过载物台后携带物体信息，在分光棱镜出进行合束；反射光通过第三全反射镜，与透射光在分光棱镜处来进行合束，产生了两束正交的线偏振光；

步骤三：两束正交偏振的光照射到波片上，波片的快轴与物光路光的偏振方向有特定的角度，偏振光通过波片发生相位延迟；

步骤四：两束正交偏振光经过波片后在偏振分束棱镜处发生干涉；

步骤五：在经过第二偏振分光棱镜后，被分成两束干涉光照射到第一相机和第二相机上；

步骤六：通过程序控制相机采集双干涉通道中的2幅干涉图；

步骤七：通过相移器进行相位延迟；

步骤八：通过控制程序来实现记录双干涉通道中的2幅干涉图，传输进电脑；

步骤九：通过利用相机获取的四张相位图，来进行待测样品相位计算。

进一步地，所述波片为二分之一波片时，步骤三中，两束正交偏振的光照射到二分之一波片上，偏振光通过二分之一波片的琼斯矩阵：

其中E_x与E_y分别表示为线偏振光平行于波片快轴的偏振分量与垂直于波片快轴的偏振分量，[M]_λ/2为二分之一波片的琼斯矩阵，α为二分之一波片快轴与物光的偏振方向所成的夹角；

所述波片为四分之一波片时，步骤三中，两束正交偏振的光照射到四分之一波片上，偏振光通过四分之一波片的琼斯矩阵：

其中E_x与E_y分别表示为线偏振光平行于波片快轴的偏振分量与垂直于波片快轴的偏振分量，[M]_λ/4为四分之一波片的琼斯矩阵，α为四分之一波片快轴与物光的偏振方向所成的夹角。

进一步地，步骤四中，经过波片的偏振光在经过第二偏振分光棱镜后，其琼斯矩阵的变化为：

第二偏振分光棱镜的透射光的琼斯矩阵为：

反射光的琼斯矩阵为：

进一步地，所述波片为二分之一波片时，步骤五中，通过第二偏振分光棱镜的透射光照射到第一相机，其表达公式为：

其中L_PBS表示为在第二偏振分光棱镜前参考光和物光形成的干涉图像的琼斯矩阵，

表示为物光路携带的样品相位，L1为物光路光，L2为参考光路的偏振光，L_CCD1表示为透射光照射到第一相机的琼斯矩阵；

I_CCD1表示为第一相机上的光强，其表达公式为：

L_CCD2表示为反射光照射到第二相机的琼斯矩阵，其表达公式为：

I_CCD2表示为第二相机上的光强，其表达公式为：

α为二分之一波片快轴与物光的偏振方向所成的夹角，a、b分别为线偏振光平行于波片快轴分量大小和垂直于波片快轴分量大小，

为待测样品相位；从得到的I_CCD1和I_CCD2中获得双干涉通道系统中产生固定π相位差；

所述波片为四分之一波片时，步骤五中，通过第二偏振分光棱镜的透射光照射到第一相机，其表达公式为

其中L_PBS表示为在第二偏振分光棱镜前参考光和物光形成的干涉图像的琼斯矩阵，

表示为物光路携带的样品相位，L1为物光路光，L2为参考光路的偏振光，L_CCD1表示为透射光照射到第一相机的琼斯矩阵；

I_CCD1表示为第一相机上的光强，其表达公式为：

L_CCD2表示为反射光照射到第二相机的琼斯矩阵，其表达公式为：

I_CCD2表示为第二相机上的光强，其表达公式为：

α为四分之一波片快轴与物光的偏振方向所成的夹角，a、b分别为线偏振光平行于波片快轴分量大小和垂直于波片快轴分量大小，

为待测样品相位；从得到的I_CCD1和I_CCD2中获得双干涉通道系统中产生固定π相位差。

进一步地，步骤九中，通过双干涉通道系统获取的四张相位图，来进行样品相位计算，系统中通过液晶来进行同步相移，再利用两个相机同时采集两幅相移量为π/2、3π/2的空域相移干涉图，从而计算得到待测样品的相位分布；

其中，x为空间坐标的横坐标，y为空间坐标的纵坐标，I₁、I₂、I₃、I₄分别为四幅图片的相位分布图，R(x,y)表示为表示所测物体表面的不均匀反射率，A(x,y)表示为背景项，B(x,y)表示为调制度，

是待测样本的相位；通过I₁、I₂、I₃、I₄四个等式，代表的四张相位图求出

进一步地，所述波片为二分之一波片时，波片的旋转角度α为±22.5°或±67.5°。

进一步地，所述波片为四分之一波片时，波片的旋转角度α为±45°。

与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：

(1)方法简单、快速。简化了双通道系统的结构，大大降低了采图所需的时间。

(2)在双干涉通道间的干涉图可以产生固定π相移。

(3)灵活性好，无需调整参考光与物光特定的光强比就能达到固定的π相移。

(4)本发明的通过单一波片在双干涉通道间产生π相移的方法，利用双干涉通道在四步相移算法中的优势，来提高采图效率，缩短采图时间。

(5)光学相位测量最重要的应用领域是生命科学领域。而此次发明中应用的数字全息干涉系统中的光学相位测量显微镜，它能达到横向分辨率λ/2、对样品无接触、非破坏、非干预、全场同时成像、测量快捷、使用方便、生物样品无需染色等效果。利用相位测量实现了对无染色生物样品的测量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明通过单一波片在双干涉通道间产生π相移的装置的系统图；

图2为本发明产生单一波片在双干涉通道间产生π相移的工作原理图；

图3为本发明通过单一波片在双干涉通道间产生π相移的方法流程图；

图4为本发明中双通道第一次采集的相位差为π的相位图；

图5为本发明中双通道第二次采集的相位差为π的相位图；

图6为本发明中根据四幅相位图计算得到的相位结果；

图7为本发明中双通道第一次采集的相位差为π的计算结果；

图中：1、632.8nm氦氖激光器；2、第一全反射镜；3、偏振衰减器；4、液晶相位延迟器；5、第一偏振分光棱镜；6、第二全反射镜；7、载物台；8、第一物镜；9、第一镜筒；10、分光棱镜；11、第二物镜；12、第二镜筒；13、第三全反射镜；14、波片；15、第二偏振分光棱镜；16、第一相机；17、第二相机。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。需要指出的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1-2所示，本发明提供一种通过单一波片在双干涉通道间产生π相移的装置，用于数字全息干涉系统，包括632.8nm氦氖激光器1、第一全反射镜2、偏振衰减器3、液晶相位延迟器4、第一偏振分光棱镜5、第二全反射镜6、载物台7、第一物镜8、第一镜筒9、分光棱镜10、第二物镜11、第二镜筒12、第三全反射镜13、波片14、第二偏振分光棱镜15、第一相机16和第二相机17。

激光器1中射出线偏振光，经第一全反射镜2反射后，通过偏振衰减器3来控制参考光和物光的比例，与总光强的大小。再通过液晶相位延迟器4方便进行非固定相移，通过PBS第一偏振分光棱镜5，被分成两束相互垂直的透射光I₁和反射光I₂，其中透射光I₁经过第二全反射镜6后，经过载物台7后携带物体信息，再经过第一物镜8后被扩束，再经过第一镜筒9进行转接成像，在BS分光棱镜10出进行合束。反射光I₂为了光路对称，也通过一个第二物镜11扩束，再经过一个第二镜筒12来保证光程差达到仪器要求，再通过第三全反射镜13，和透射光I₁在BS分光棱镜10处来进行合束。产生了两束正交的线偏振光。

两束正交偏振的光照射到波片14上，波片的快轴与物光路光的偏振方向有特定的角度；偏振光通过波片14发生相位延迟。

经过波片14的偏振光在偏振分束棱镜15处发生干涉，在经过偏振分光棱镜15后，被分成两束干涉光照射到第一相机16和第二相机17上。

本实施例中，所述波片14为二分之一波片或四分之一波片。

本发明根据二分之一波片与四分之一波片的双折射特性和偏振分束镜的特性，可以在双干涉通道系统中产生2幅相位差为π的两幅图片。为后续计算确定的相位，提供了方便。其中数字全息干涉技术是一种利用光的干涉，将物体的信息以光学强度条纹的形式记录下来，然后对干涉条纹分析得到待测物体的相位分布和强度分布。在计算样品相位当中，可以选取四步相移算法。

实施例2

本实施例将结合附图对本发明的通过单一波片在双干涉通道间产生π相移的方法进行进一步说明，所用波片为二分之一波片，如图3所示，所述方法包括如下步骤：

步骤一：搭建所述数字全息干涉系统，在偏振衰减器后使用相移器进行相移。通过第一偏振分光棱镜的偏振分光作用形成双干涉通道。

步骤二：打开图1所示激光器，从632.8nm激光器1中射出线偏振光，经第一全反射镜2反射后，通过偏振衰减器3来控制参考光和物光的比例，与总光强的大小。再通过液晶相位延迟器4方便进行非固定相移，通过PBS第一偏振分光棱镜5，被分成两束相互垂直的透射光I₁和反射光I₂，其中透射光I₁经过第二全反射镜6后，经过载物台7后携带物体信息，再经过第一物镜8后被扩束，再经过第一镜筒9进行转接成像，在BS分光棱镜10出进行合束。反射光I₂为了光路对称，也通过一个第二物镜11扩束，再经过一个第二镜筒12来保证光程差达到仪器要求，再通过第三全反射镜13，和透射光I₁在BS分光棱镜10处来进行合束。产生了两束正交的线偏振光。

步骤三：两束正交偏振的光照射到二分之一波片14上。偏振光通过二分之一波片14的琼斯矩阵：

其中E_x与E_y分别表示为线偏振光平行于波片快轴的偏振分量与垂直于波片快轴的偏振分量，[M]_λ/2为二分之一波片的琼斯矩阵，α为二分之一波片快轴与物光的偏振方向所成的夹角，通过本发明装置调整二分之一波片的旋转角度α为±22.5°或±67.5°。

步骤四：经过二分之一波片14的偏振光再经过PBS第二偏振分光棱镜15后，其琼斯矩阵的变化为：

PBS第二偏振分光棱镜15的透射光的琼斯矩阵为：

反射光的琼斯矩阵为：

步骤五：通过PBS第二偏振分光棱镜15的透射光照射到第一相机16，其表达公式为：

其中L_PBS表示为在PBS第二偏振分光棱镜15前参考光和物光形成的干涉图像的琼斯矩阵，

表示为物光路携带的样品相位，L1为物光路光，L2为参考光路的偏振光，L_CCD1表示为透射光照射到第一相机16的琼斯矩阵。

I_CCD1表示为第一相机16上的光强，其表达公式为：

L_CCD2表示为反射光照射到第二相机17的光强琼斯矩阵，其表达公式为：

I_CCD2表示为第二相机17上的光强，其表达公式为：

α为二分之一波片快轴与物光的偏振方向所成的夹角。a、b分别为线偏振光平行于波片快轴分量大小和垂直于波片快轴分量大小，

为待测样品相位。

可以从得到的I_CCD1和I_CCD2中得知，通过本发明装置调整二分之一波片的旋转角度α为±22.5°或±67.5°，就可以获得双干涉通道系统中产生固定π相位差。

步骤六：通过控制labview程序来实现记录相机的图像，记录的图片为图4所示，干涉图的像素数量为640×480，相机像素大小为7.4μm×7.4μm。

步骤七：通过液晶电源控制的液晶相位延迟器，进行相位延迟。

步骤八：通过控制labview程序来实现记录相机的图像，记录的图片为图5所示，干涉图的像素数量为640×480，相机像素大小为7.4μm×7.4μm。

步骤九：通过双干涉通道系统获取的四张相位图，来进行样品相位计算。系统中通过液晶来进行同步相移，再利用两个CCD同时采集两幅相移量为π/2、3π/2的空域相移干涉图，从而计算得到待测样品的相位分布。

其中，x为空间坐标的横坐标，y为空间坐标的纵坐标，I₁、I₂、I₃、I₄分别为四幅图片的相位分布图，R(x,y)表示为表示所测物体表面的不均匀反射率，A(x,y)表示为背景项，B(x,y)表示为调制度，

是待测样本的相位；如公式所示，通过I₁、I₂、I₃、I₄四个等式，代表的四张相位图可以求出

利用matlab来计算

结果如图6所示。

其中两个通道之间第一次采集的相位差为π的计算结果如图7所示，两通道间相位差平均值为π，其均方根误差为0.02。

实施例3

本实施例将结合附图对本发明的通过单一波片在双干涉通道间产生π相移的方法进行进一步说明，所用波片为四分之一波片。如图3所示，包括如下步骤：

步骤一：搭建所述数字全息干涉系统，在偏振衰减器后使用相移器进行相移。通过第一偏振分光棱镜的偏振分光作用形成双干涉通道。

步骤二：打开图1所示激光器，从632.8nm激光器1中射出线偏振光，经第一全反射镜2反射后，通过偏振衰减器3来控制参考光和物光的比例，与总光强的大小。再通过液晶相位延迟器4方便进行非固定相移，通过PBS第一偏振分光棱镜5，被分成两束相互垂直的透射光I₁和反射光I₂，其中透射光I₁经过第二全反射镜6后，经过载物台7后携带物体信息，再经过第一物镜8后被扩束，再经过第一镜筒9进行转接成像，在BS分光棱镜10出进行合束。反射光I₂为了光路对称，也通过一个第二物镜11扩束，再经过一个第二镜筒12来保证光程差达到仪器要求，再通过第三全反射镜13，和透射光I₁在BS分光棱镜10处来进行合束。产生了两束正交的线偏振光。

步骤三：两束正交偏振的光照射到四分之一波片14上。偏振光通过四分之一波片14的琼斯矩阵：

其中E_x与E_y分别表示为线偏振光平行于波片快轴的偏振分量与垂直于波片快轴的偏振分量，[M]_λ/2为四分之一波片的琼斯矩阵，α为四分之一波片快轴与物光的偏振方向所成的夹角，通过本发明装置需调整四分之一波片的旋转角度α为±45°。

步骤四：经过四分之一波片14的偏振光再经过PBS第二偏振分光棱镜15后，其琼斯矩阵的变化为：

PBS第二偏振分光棱镜15的透射光的琼斯矩阵为：

反射光的琼斯矩阵为：

步骤五：通过PBS第二偏振分光棱镜15的透射光照射到第一相机16，其表达公式为：

其中L_PBS表示为在PBS第二偏振分光棱镜15前参考光和物光形成的干涉图像的琼斯矩阵，

表示为物光路携带的样品相位，L1为物光路光，L2为参考光路的偏振光，L_CCD1表示为透射光照射到第一相机16的琼斯矩阵。

I_CCD1表示为第一相机16上的光强，其表达公式为：

L_CCD2表示为反射光照射到第二相机17的光强琼斯矩阵，其表达公式为：

I_CCD2表示为第二相机17上的光强，其表达公式为：

α为四分之一波片快轴与物光的偏振方向所成的夹角。a、b分别为线偏振光平行于波片快轴分量大小和垂直于波片快轴分量大小，

为待测样品相位。

可以从得到的I_CCD1和I_CCD2中得知，通过本发明装置需调整四分之一波片的旋转角度α为±45°，就可以获得双干涉通道系统中产生固定π相位差。

步骤六：通过控制labview程序来实现记录相机的图像，记录的图片为图4所示，干涉图的像素数量为640×480，相机像素大小为7.4μm×7.4μm。

步骤七：通过液晶电源控制的液晶相位延迟器，进行相位延迟。

步骤八：通过控制labview程序来实现记录相机的图像，记录的图片为图5所示，干涉图的像素数量为640×480，相机像素大小为7.4μm×7.4μm。

步骤九：通过双干涉通道系统获取的四张相位图，来进行样品相位计算。系统中通过液晶来进行同步相移，再利用两个CCD同时采集两幅相移量为π/2、3π/2的空域相移干涉图，从而计算得到待测样品的相位分布。

其中，x为空间坐标的横坐标，y为空间坐标的纵坐标，I₁、I₂、I₃、I₄分别为四幅图片的相位分布图，R(x,y)表示为表示所测物体表面的不均匀反射率，A(x,y)表示为背景项，B(x,y)表示为调制度，

是待测样本的相位；如公式所示，通过I₁、I₂、I₃、I₄四个等式，代表的四张相位图可以求出

利用matlab来计算

结果。

可以根据公式计算出样品相位，以及两通道间相位差为π。

综上可得，本发明通过数字全息系统，二分一波片或四分之一波片、偏振分光棱镜与双相机的组合，解决了系统中双干涉通道系统中简便产生固定π相位的问题。方法简单、快速。简化了双通道系统的结构，大大降低了采图所需的时间。灵活性好，无需物光与参考光的特定光强比就能达到固定的π相移。对于搭建、推广双通道，甚至多通道相位测量系统，有很大帮助。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管己经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种通过单一波片在双干涉通道间产生π相移的装置，用于数字全息干涉系统，其特征在于，包括激光器、第一全反射镜、偏振衰减器、相移器、第一偏振分光棱镜、第二全反射镜、载物台、第一物镜、第一镜筒、分光棱镜、第二物镜、第二镜筒、第三全反射镜、波片、第二偏振分光棱镜、第一相机和第二相机；

激光器中射出线偏振光，经第一全反射镜反射后，通过偏振衰减器来控制参考光和物光的比例，与总光强的大小；再通过相移器进行非固定相移，通过第一偏振分光棱镜被分成两束相互垂直的透射光和反射光；

其中透射光经过第二全反射镜后，经过载物台后携带物体信息，再经过第一物镜后被扩束，再经过第一镜筒进行转接成像，在分光棱镜出进行合束；

反射光为了光路对称，也通过一个第二物镜扩束，再经过一个第二镜筒来保证光程差达到仪器要求，再通过第三全反射镜，和透射光在分光棱镜处来进行合束，产生了两束正交的线偏振光；

两束正交偏振的光照射到波片上，波片的快轴与物光路光的偏振方向有特定的角度；偏振光通过波片发生相位延迟；

经过波片的偏振光在偏振分束棱镜处发生干涉，在经过偏振分光棱镜后，被分成两束干涉光照射到第一相机和第二相机上。

2.根据权利要求1所述的通过单一波片在双干涉通道间产生π相移的装置，其特征在于，所述波片为二分之一波片或四分之一波片。

3.根据权利要求1所述的通过单一波片在双干涉通道间产生π相移的装置，其特征在于，所述激光器为632.8nm氦氖激光器；所述相移器为压电陶瓷或者液晶相位延迟器。

4.一种通过单一波片在双干涉通道间产生π相移的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：搭建如权利要求1-3任一所述的数字全息干涉系统，在偏振衰减器后使用相移器进行相移，通过第一偏振分光棱镜的偏振分光作用形成双干涉通道；

步骤二：打开激光器，激光器中射出线偏振光；通过第一偏振分光棱镜，被分成两束偏振方向相互垂直的两束光，分别为透射光和反射光，其中透射光经过载物台后携带物体信息，在分光棱镜出进行合束；反射光通过第三全反射镜，与透射光在分光棱镜处来进行合束，产生了两束正交的线偏振光；

步骤三：两束正交偏振的光照射到波片上，波片的快轴与物光路光的偏振方向有特定的角度，偏振光通过波片发生相位延迟；

步骤四：两束正交偏振光经过波片后在偏振分束棱镜处发生干涉；

步骤五：在经过第二偏振分光棱镜后，被分成两束干涉光照射到第一相机和第二相机上；

步骤六：通过程序控制相机采集双干涉通道中的2幅干涉图；

步骤七：通过相移器进行相位延迟；

步骤八：通过控制程序来实现记录双干涉通道中的2幅干涉图，传输进电脑；

步骤九：通过利用相机获取的四张相位图，来进行待测样品相位计算。

5.根据权利要求4所述的通过单一波片在双干涉通道间产生π相移的方法，其特征在于，所述波片为二分之一波片时，步骤三中，两束正交偏振的光照射到二分之一波片上，偏振光通过二分之一波片的琼斯矩阵：

其中E_x与E_y分别表示为线偏振光平行于波片快轴的偏振分量与垂直于波片快轴的偏振分量，[M]_λ/2为二分之一波片的琼斯矩阵，α为二分之一波片快轴与物光的偏振方向所成的夹角；

所述波片为四分之一波片时，步骤三中，两束正交偏振的光照射到四分之一波片上，偏振光通过四分之一波片的琼斯矩阵：

其中E_x与E_y分别表示为线偏振光平行于波片快轴的偏振分量与垂直于波片快轴的偏振分量，[M]_λ/4为四分之一波片的琼斯矩阵，α为四分之一波片快轴与物光的偏振方向所成的夹角。

6.根据权利要求5所述的通过单一波片在双干涉通道间产生π相移的方法，其特征在于，步骤四中，经过波片的偏振光在经过第二偏振分光棱镜后，其琼斯矩阵的变化为：

第二偏振分光棱镜的透射光的琼斯矩阵为：

反射光的琼斯矩阵为：

7.根据权利要求6所述的通过单一波片在双干涉通道间产生π相移的方法，其特征在于，所述波片为二分之一波片时，步骤五中，通过第二偏振分光棱镜的透射光照射到第一相机，其表达公式为：

其中L_PBS表示为在第二偏振分光棱镜前参考光和物光形成的干涉图像的琼斯矩阵，

表示为物光路携带的样品相位，L1为物光路光，L2为参考光路的偏振光，L_CCD1表示为透射光照射到第一相机的琼斯矩阵；

I_CCD1表示为第一相机上的光强，其表达公式为：

L_CCD2表示为反射光照射到第二相机的琼斯矩阵，其表达公式为：

I_CCD2表示为第二相机上的光强，其表达公式为：

α为二分之一波片快轴与物光的偏振方向所成的夹角，a、b分别为线偏振光平行于波片快轴分量大小和垂直于波片快轴分量大小，

为待测样品相位；从得到的I_CCD1和I_CCD2中获得双干涉通道系统中产生固定π相位差；

所述波片为四分之一波片时，步骤五中，通过第二偏振分光棱镜的透射光照射到第一相机，其表达公式为

其中L_PBS表示为在第二偏振分光棱镜前参考光和物光形成的干涉图像的琼斯矩阵，

表示为物光路携带的样品相位，L1为物光路光，L2为参考光路的偏振光，L_CCD1表示为透射光照射到第一相机的琼斯矩阵；

I_CCD1表示为第一相机上的光强，其表达公式为：

L_CCD2表示为反射光照射到第二相机的琼斯矩阵，其表达公式为：

I_CCD2表示为第二相机上的光强，其表达公式为：

α为四分之一波片快轴与物光的偏振方向所成的夹角，a、b分别为线偏振光平行于波片快轴分量大小和垂直于波片快轴分量大小，

为待测样品相位；从得到的I_CCD1和I_CCD2中获得双干涉通道系统中产生固定π相位差。

8.根据权利要求7所述的通过单一波片在双干涉通道间产生π相移的方法，其特征在于，步骤九中，通过双干涉通道系统获取的四张相位图，来进行样品相位计算，系统中通过液晶来进行同步相移，再利用两个相机同时采集两幅相移量为π/2、3π/2的空域相移干涉图，从而计算得到待测样品的相位分布；

其中，x为空间坐标的横坐标，y为空间坐标的纵坐标，I₁、I₂、I₃、I₄分别为四幅图片的相位分布图，R(x，y)表示为表示所测物体表面的不均匀反射率，A(x，y)表示为背景项，B(x，y)表示为调制度，

是待测样本的相位；通过I₁、I₂、I₃、I₄四个等式，代表的四张相位图求出

9.根据权利要求5所述的通过单一波片在双干涉通道间产生π相移的方法，其特征在于，所述波片为二分之一波片时，波片的旋转角度α为±22.5°或±67.5°。

10.根据权利要求5所述的通过单一波片在双干涉通道间产生π相移的方法，其特征在于，所述波片为四分之一波片时，波片的旋转角度α为±45°。

Images