CN118130427A - 偏振分光的共路空间相移双通道数字全息三维层析系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及偏振分光的共路空间相移双通道数字全息三维层析系统，其包括依次设置的部分相干光源模块、测量光波预置模块、角度扫描与显微成像模块、参物光分离模块、双通道相移干涉图采集模块和三维层析处理器；本系统将共路系统与双通道系统有序结合，在整个系统中测量光和参考光共路传输，节省了非共路传输系统的一侧光路的光学元件，此外部分相干光源模块产生部分相干光束，能够有效地避免来自器件之间来回反射引入的寄生条纹噪声的影响，且在参物光分离模块通过一空间偏振滤波组件对分离后的调制参照光进行空间滤波，滤除了调制参照光中含有物体信息的光信号，提高了参物光的干涉对比度，再通过双通道进行信息采集，提高了全息图的采集效率。

Description

偏振分光的共路空间相移双通道数字全息三维层析系统

技术领域

本发明涉及三维层析成像领域，特别是涉及偏振分光的共路空间相移双通道数字全息三维层析系统领域。

背景技术

光学显微成像作为细胞三维测量的理想手段，有着无接触、无介入、无损伤、全场性以及用于细胞测量时无需标记等优点。然而传统的显微成像技术如扫描电子显微镜、原子力显微镜和数字全息技术等，只能获得细胞的表面形貌或者折射率与厚度相互耦合的相位信息，无法将两者分离开。三维层析技术通过改变照明方向或旋转物体等方式获得时序系列相位投影数据，然后结合相位-折射率模型及反演计算，重建出物体的空间三维折射率分布。

随着计算机算力的快速增长，基于光强衍射的三维层析方法受到高度重视，特别是傅里叶叠层三维层析和强度传输方程三维层析方法取得了长足进步。强度光学衍射三维层析采用部分相干光照明的光强测量方式，解决了传统方法采用激光照明带来的相干噪声和稳定性问题，但又带来了对相位变化不敏感，背景光场难抑制问题，其层析分辨率达到数百纳米，遇到了发展的极限。

经过研究人员的不断探索，高分辨的三维层析峰回路转又回到有三维测量精度优势的数字全息上：数字全息三维层析显微术具有物理模型明确，能利用数字全息相位测量精度高的优势，通过多角度全息图重建细胞内部的三维折射率分布，成为细胞形态学及生物医学研究的重要手段。通过多角度全息图重建细胞内部的三维折射率分布，成为细胞形态学及生物医学研究的重要手段。2002年，V.Lauer率先用马赫-曾德干涉光路(非共路)记录全息图，通过机械转动反射镜获取样品在不同光波照明方向的相位信息，实现酵母菌的折射率三维层析成像。2013年，瑞士洛桑联邦理工学院Y.Cotte教授采用旋转楔形棱镜改变照明角度，并用于神经元树突小棘动态变化过程的层析成像。但是，这类基于机械装置或者振镜扫描的方法由于机械稳定时间长(毫秒量级)和扫描角度波动大，光源的空间相干性降低，严重影响成像分辨率和速度。2015年，A.Ku等人利用液晶空间光调制器(SLM)进行照明角度扫描，实现波前校正和稳定性提升，但由于SLM液晶响应速度慢，限制了它在动态测量中的应用。同年，韩国科学技术院Y.Park团队提出用数字微镜器件(DMD)进行角度扫描，大幅提高了数字全息三维层析成像的速度，达到几千赫兹甚至上万赫兹，但DMD中的每个微镜只有开和关两种状态，工作时相当于二值化振幅型光栅，产生多个衍射级，导致测量条纹的对比度不高，层析精度不高和视场也不大。之后，该团队又采用超宽带SLED作为照明光源，铁电液晶空光调制器(FLCSLM)进行角度扫描，不仅使三维层析成像速度得到较大提升，而且横向和轴向分辨率也得到大大提升。与非共路干涉光路相比，共路干涉光路不仅结构简单，而且抗干扰能力强，早在2014年，Y.Park团队就提出利用光栅分光和空间滤波的共路干涉系统，实现数字全息层析成像，检测出单个红细胞膜凸起和凹陷部分几十纳米波动变化的层析成像，然而光栅分光会产生多个级次的光束，导致系统能量利用率低，且对物光波中其他级次进行滤波难免会造成样品信息损失；之后该团队又提出用洛匈棱镜偏振分光的共路干涉光路，但是该系统中仅用洛匈棱镜进行分光，载频量受洛匈棱镜分离角限制导致系统空间带宽积受限，且受限于空间相干性只能使用激光光源会产生较大的相干噪声，此外该系统不进行空间滤波只能对离散样品例如聚苯乙烯微球进行三维折射率层析成像。

综上所述，现有数字全息三维层析方法仍然存在非共路光路导致抗干扰能力差、共路光路干涉对比度差、空间滤波导致样品信息缺失导致的系统时空带宽积受限问题。

发明内容

基于此，本发明的目的在于，提供一种偏振分光的共路空间相移双通道数字全息三维层析系统，来解决上述问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种偏振分光的共路空间相移双通道数字全息三维层析系统，包括：

依次设置的部分相干光源模块、测量光波预置模块、角度扫描与显微成像模块、参物光分离模块、双通道相移干涉图采集模块、和一三维层析处理器；

所述部分相干光源模块产生的部分相干光束在所述测量光波预置模块中被一偏振分光棱镜一分束为入射参考光和入射测量光；所述入射参考光和所述入射测量光分别经过反射后又在所述偏振分光棱镜一合束为一扫描光，所述扫描光经过角度扫描显微成像模块后对待检测物体进行大范围照明，获得一调制光；所述调制光进入参物光分离模块后分沿不同光路传输的物光和调制参考光；其中所述调制参考光通过一空间偏振滤波组件滤波后与所述物光汇合进入所述双通道相移干涉图采集模块，所述物光和调制参考光中第一光分量被所述双通道相移干涉图采集模块中的图像传感器一接收，所述物光和调制参考光中第二光分量被所述双通道相移干涉图采集模块中的图像传感器二接收，所述第一光分量和第二光分量的光束偏振方向垂直；所述三维层析计算器根据所述图像传感器一和图像传感器二采集的全息图，计算三维层析成像。

相对于现有技术，本发明将共路系统与双通道系统有序结合，在整个系统中测量光和参考光共路传输，节省了非共路传输系统的一侧光路的光学元件。此外部分相干光源模块产生部分相干光束，能够有效地避免来自器件之间来回反射引入的寄生条纹噪声的影响，且在参物光分离模块通过一空间偏振滤波组件对分离后的调制参照光进行空间滤波，滤除了调制参照光中含有物体信息的光信号，提高了参物光的干涉对比度，再通过双通道进行信息采集，提高了全息图的采集效率。

进一步地，所述参物光分离模块包括：所述参物光分离模块还包括成像物镜，管透镜、参物分光组件、纠偏透镜一、纠偏透镜二；所述调制光依序经过所述成像物镜进行无穷远成像、经所述管透镜进行聚焦后，经所述参物分光组件分为沿原光路传输的物光和经过折射的调制参考光，所述物光沿原光路经过所述纠偏透镜一和纠偏透镜二的光轴，所述参考光经过纠偏透镜一折射后与所述物光平行地经过空间偏振滤波组件滤波，最后经过所述纠偏透镜二出射。

进一步地，所述双通道相移干涉图采集模块还包括半波片和偏振分光棱镜二，所述半波片快轴方向与光轴方向成±22.5°或±67.5°；所述纠偏透镜二出射的物光和调制参考光通过所述半波片进行偏振后，经过半波片后的物光和调制参考光产生π弧度的相位差，且偏振方向发生改变；所述经过半波片后的物光和调制参考光经所述偏振分光棱镜二分束为偏振方向相互垂直的第一光分量和第二光分量。

进一步地，所述参物分光组件为洛匈棱镜；或为两个1/4波片与一偏振光栅的组合，其中两个1/4波片快轴方向均设置为与光路成45°角，所述中两个1/4波片分别放置在偏振光栅的前后。

进一步地，所述空间偏振滤波组件为一设置在所述纠偏透镜一的后焦面上，且中心开孔的偏振片；该偏振片的偏振方向与所述物光的偏振方向相互垂直。

进一步地，所述部分相干光源包括一光源发生器和起偏器；

所述测量光波预置模块还包括液晶可调相位延迟器、1/4波片一、空间光调制器、1/4波片二以及参考反射镜；

所述角度扫描与显微成像模块包括聚焦透镜和扫描物镜；

所述光源发生器产生的部分相干光束经过起偏器起偏后的得到一线偏振光，其包含偏振方向相互垂直的测量光与参考光，起偏后包含测量光和参考光的部分相干光束线偏振光经过所述液晶可调相位延迟器后，被偏振分光棱镜一分为入射测量光和入射参考光；所述入射测量光进入1/4波片一后被空间光调制器偏折反射形成反射测量光，所述反射测量光再次通过1/4波片一到达偏振分光棱镜一；所述入射参考光经过1/4波片二后被参考反射镜反射后形成出射参考光，所述出射参考光再次通过1/4波片二后与所述出射测量光合束为扫描光；所述扫描光经过所述聚焦透镜聚焦后通过扫描物镜照射位于扫描物镜的像方焦平面的待检测物体上，形成一包含物体调制后的物光和调制参考光的调制光。

进一步地，所述起偏器的参数设置为：使所述光源发生器发出的部分相干光束形成与所述液晶可调相位延迟器的光轴方向为45°的线偏振光。

进一步地，所述部分相干光源模块还包括一扩束透镜组，设置在所述起偏器和所述液晶可调相位延迟器之间，对起偏后包含测量光和参考光的部分相干光束进行扩束和准直。

进一步地，所述参物光分离模块的成像物镜和管透镜之间还设有一平面反射镜，用于将从成像物镜出射的调制光反射到所述管透镜。

本发明将共路双通道系统与三维层析相结合，光源发生器提供部分相干激光，而在角度扫描与显微成像模块通过空间光调制器调整出射测量光的出射角度的同时，另一侧出射参考光通过参考反射镜进行光程补偿，使得汇聚后的扫描光为相干光，实现了既避免了来自器件之间来回反射引入的寄生条纹噪声的影响，又不影响最终采集的干涉图的干涉效果。在参物光分离模块中添加一中心开孔的空间偏振滤波组件来对调制参考光起小孔滤波作用，此时空间偏振滤波组件的偏振方向与物光的偏振方向一致，获得不含物体信息的参考光，通过参物光分离，既完成了对调制参考光的滤波，又解决了物光波信息不受损失，空间滤波导致样品信息缺失的问题，最终通过光束偏振调制的器件结构进行设置使得两个图像传感器最后采集到的离轴全息图的相移差为π，使得系统具备用液晶相位可调延迟器在时域进行相移功能的同时，在空域也具有相移功能，将系统时间带宽积提高一倍。最后通过三维层析处理器获取通过角度扫描模块，利用空间光调制器控制扫描光照射在物体不同的位置上，再利用相机记录物体多个不同角度的全息图数据以及与之相对应的背景全息图数据，根据傅里叶三维衍射定理，利用基于Rytov变换的滤波反向传播算法重建出物体的三维折射率信息。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1为本发明的偏振分光的共路空间相移双通道数字全息三维层析系统的光路图。

附图说明：1：部分相干光源模块；101：光源发生器；102：起偏器；103：扩束透镜组；2：测量光波预置模块；201：液晶可调相位延迟器；202：偏振分光棱镜一；203：1/4波片一；204：空间光调制器；205：1/4波片二；206：参考反射镜；3：角度扫描与显微成像模块；301：聚焦透镜；302：扫描物镜；A：待测物体；4：参物光分离模块；401：成像物镜；402：管透镜；403：参物分光组件；404：纠偏透镜一；405：空间偏振滤波组件；406：纠偏透镜二；5：双通道相移干涉图采集模块；501：半波片；502：偏振分光棱镜二；503：图像传感器一；504：图像传感器二。

具体实施方式

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本发明所述偏振分光的共路空间相移双通道部分相干数字全息层析系统技术原理包括晶体的双折射性质、光的干涉原理和数字全息衍射层析成像理论。下面具体介绍它们在本发明技术中的应用。

晶体的双折射性质：光入射到各向异性晶体时会产生两条折射光线，其中一条的折射行为遵循折射定律，称为o光或寻常光；另外一条折射光线一般不遵循折射定律称为e光或非寻常光；o光和e光是偏振方向相互垂直的线偏振光，出射位置以及出射方向一般不同，二者的比例与入射光偏振态有关。根据这个原理，我们可以通过改变入射光的偏振态来控制晶体出射的o光和e光的比例、出射位置及出射方向，进而改变参考光的传输方向。

p光:偏振方向在入射光线法线所成的平面(入射面)内；s光:偏振方向与入射面垂直；

光的干涉原理：光的干涉是指两束或者多束光在空间相遇时，在重叠区域形成稳定的光强强度分布的现象。光的干涉一般可以分为两种，一种为光的同轴干涉，形成圆条纹或无条纹；另一种为光的离轴干涉，形成载频直条纹。

在数字全息系统中，发生干涉的两束光一般分为物光(携带有待测样品信息)和参考光(不携带任何待测样品信息)。同轴数字全息是指物光和参考光夹角为零度，产生的干涉图为圆条纹或者无条纹，通常使用相移方法进行相位恢复；离轴数字全息一般是指平行光物光与平行光参考光之间存在一定夹角，干涉条纹为载频直条纹，载频量与两光束之间夹角成正比，利用傅里叶变换方法，单张干涉图即可提取待测相位。

利用数字全息成像方法获取样品在不同照明角度下的全息图后，对全息图进行数值再现可获得样品在各个方向上的散射场分布，然后以多角度下的散射场分布为基础数据，利用衍射层析再现算法即可重建出物体的三维折射率分布。

共路光路指的是参考光和样品光束沿着相同的路径传播，而非共路光路是参考光与样品光束沿着不同的路径传播。

请参照图1来了解本发明，图1为本发明的本发明的偏振分光的共路空间相移双通道数字全息三维层析系统的光路图；其包括：

依次设置的部分相干光源模块1、测量光波预置模块2、角度扫描与显微成像模块3、参物光分离模块4、双通道相移干涉图采集模块5以及三维层析处理器6。

所述部分相干光源模块包括光源发生器101和起偏器102。所述光源发生器101产生部分相干光束，所述起偏器102的参数设置为：使所述光源发生器发出的部分相干光束形成与光轴方向为45°的线偏振光；所述线偏光包括垂直纸面偏振的测量光(s光)以及平行纸面偏振的参考光(p光)。在另一个优选的实施例中，所述部分相干光源模块还包括设置在所述起偏器102之后的扩束透镜组103，对起偏后的部分相干光束进行扩束和准直，以形成大范围的光强分布均匀的平面线偏振光波。

所述测量光波预置模块2包括液晶可调相位延迟器201、偏振分光棱镜一202、1/4波片一203、空间光调制器204、1/4波片二205和参考反射镜206。具体地，部分相干光源模块出射的部分相干光束光中的测量光与参考光依序经过液晶可调相位延迟器201和偏振分光棱镜一202后被分开成两路光束。其中，所述测量光在依序经过液晶可调相位延迟器201和偏振分光棱镜一202后被分束为测量入射光；所述测量入射光(s光)通过1/4波片一203后进入空间光调制器204发生偏折反射形成测量反射光，空间光调制器可以控制测量反射光的出射角度，测量反射光再次通过1/4波片一203后偏振方向变为平行纸面偏振，此时测量反射光为p光，测量反射光进入偏振分光棱镜一202直接出射。所述参考光在所述液晶可调相位延迟器201中进行光程补偿后，在偏振分光棱镜一202被分束为参考入射光(p光)；所述参考入射光通过1/4波片二205后在参考反射镜206反射，形成参考反射光；参考反射光再次通过1/4波片二205后偏振方向变为垂直纸面偏振，此时参考反射光为s光，参考反射光进入偏振分光棱镜一202反射传输。所述测量反射光和参考反射光在所述偏振分光棱镜一202合束形成扫描光。由于采用的是部分相干光源参考光和测量光的光程差需要在相干长度内，测量光的光程差不好调整，因此需要对参考光补偿光程，此时参考反射镜206还兼做部分相干光光程补偿器件。另外，所述测量光波预置模块中的液晶可调相位延迟器201是用作相移器，供多步相移或单相机采集时使用。

所述角度扫描与显微成像模块3包括聚焦透镜301、扫描物镜302；其中，所述测量光波预置模块2中出射的扫描光经过聚焦透镜301汇聚到扫描物镜302的像方焦平面上，扫描物镜302的像方焦平面与成像物镜的像方焦平面重合，待测物体A置于该平面上，扫描光通过扫描物镜302后形成大角度扫描平行光照明待测物体，扫描光透射过待测物体后，获得包含物光和调制参考光的调制光。

所述参物光分离模块4包括：成像物镜401、管透镜402；参物分光组件403、纠偏透镜一404、空间偏振滤波组件405和纠偏透镜二406；所述调制光通过成像物镜进行平行传输，但由于成像物镜为无穷远物镜，因此成像物镜出射的调制光需要经过所述管透镜402聚焦后才能在相机上成像，经过聚焦后的调制光经过所述参物分光组件403后所述物光和所述调制参考光被分离成沿不同角度传输的两束光波，所述纠偏透镜一404与纠偏透镜二406构成一个4f系统，所述物光沿原光路经过所述纠偏透镜一404和纠偏透镜二406的光轴，所述调制参考光经过纠偏透镜一折射后平行于所述物光传输，然后经过空间偏振滤波组件405滤波，最后经过所述纠偏透镜二出射。该4f系统使得从参物分光组件出射的物光波和参考光等相位面一致，保证干涉图的对比度。虽然上述的参物光分离模块能够将参考光和物光分离，参照光同样经过了待侧物体A，此时参照光也携带了一部分物体信息，这对后续提取物体信息会造成一定的影响，因此设置的空间偏振滤波组件405将经过参物分光组件403和纠偏透镜一404的调制参照光进行选择性滤波。

进一步地，所述空间偏振滤波组件405为一设置在所述纠偏透镜一404的后焦面上，且中心开孔的偏振片，且偏振片的偏振方向与所述物光的偏振方向相互垂直。调制参考光被具有偏振选择性和小孔滤波性的空间偏振滤波组件405滤波形成不含物体信息的球面参考光，物光则不受限制传输，此组件既可以对调制参考光起小孔滤波作用，又能保证物光信息不受损失。

在另一个实施例中，所述参物分光组件为洛匈棱镜；或为两个1/4波片与一偏振光栅的组合，其中两个1/4波片快轴方向均设置为与光路成45°角，所述中两个1/4波片分别放置在偏振光栅的前后。

采用洛匈棱镜则光学结构较为紧凑，只需要根据需求换用不同参数设置的洛匈棱镜即可。而两个1/4波片与一偏振光栅的组合情况下，此时偏振方向相互垂直的调制参考光和受样品调制的物光经过快轴方向与水平方向成45°的第一个1/4波片后分别被调制为左旋圆偏振光和右旋圆偏振光入射到偏振光栅的光栅面上；偏振光栅将左旋圆偏振参考光和右旋圆偏振物光分离成旋向相反且沿不同角度传输的调制参考光和物光；这两束沿不同角度传输的光波通过第二个1/4波片后变为偏振方向相互垂直的两束线偏振光被纠偏透镜一汇聚。使用两个1/4波片与一偏振光栅可以通过调节1/4波片的位置以及偏振光栅的结构来适配不同的成像需求，成像灵活度大大提高。

在另一个实施例中，为了使得光学系统更加紧凑，在成像物镜401、管透镜402之间还设有一平面反射镜，所述平面反射镜用于将从成像物镜出射的调制光反射到所述管透镜，使得光路系统的空间利用率提高。

所述双通道相移干涉图采集模块5包括：半波片501、偏振分光棱镜二502、图像传感器一503和图像传感器二504。参物光分离模块4中的纠偏透镜二406出射的物光和调制参考光通过快轴方向与光轴方向成±22.5°或±67.5°的半波片501后被改变为偏振方向与光轴成45°或135°的线偏振光，此时物光波与调制参考光间产生π弧度的相位差；随后所述物光和所述调制参考光进入偏振分光棱镜二502偏折分束，其中所述物光和调制参考光中第一光分量(s分量)经偏振分光棱镜二502反射，在图像传感器一503靶面上形成干涉；述物光和调制参考光中第二光分量(p分量)透过偏振分光棱镜二502在图像传感器二504靶面上形成干涉；其中参考光相对光轴偏转一个小角度的平行光以形成载频，图像传感器一503与图像传感器二504上采集到空间载频相同、相位差(相移)为π弧度的两幅离轴全息图，用于相位的计算，双通道间采集的图像存在π的相位差，可以使系统具备用液晶相位可调延迟器在时域进行相移功能的同时，在空域也具有相移功能，从而将系统时间带宽积提高一倍。

所述三维层析处理器用与根据采集到的物体不同位置的全息图数据与对应的背景全息图数据以及傅里叶三维衍射定理，利用基于Rytov变换的滤波反向传播算法重建出物体的三维折射率信息。其中背景全息图数据为不设置待检测物体的状况下，空间光调制器控制扫描光照射时，图像传感器获取到的全息图数据。

本发明将共路双通道系统与三维层析相结合，光源发生器提供部分相干激光，而在角度扫描与显微成像模块通过空间光调制器调整出射测量光的出射角度的同时，另一侧出射参考光通过参考反射镜进行光程补偿，使得汇聚后的扫描光为相干光，实现了既避免了来自器件之间来回反射引入的寄生条纹噪声的影响，又不影响最终采集的干涉图的干涉效果。在参物光分离模块中添加一中心开孔的空间偏振滤波组件来对调制参考光起小孔滤波作用，此时空间偏振滤波组件的偏振方向与物光的偏振方向一致，获得不含物体信息的参考光，通过参物光分离，既完成了对调制参考光的滤波，又解决了物光波信息不受损失，空间滤波导致样品信息缺失的问题，最终通过光束偏振调制的器件结构进行设置使得两个图像传感器最后采集到的离轴全息图的相移差为π，使得系统具备用液晶相位可调延迟器在时域进行相移功能的同时，在空域也具有相移功能，将系统时间带宽积提高一倍。最后通过三维层析处理器获取通过角度扫描模块，利用空间光调制器控制扫描光照射在物体不同的位置上，再利用图像传感器记录物体多个不同角度的全息图数据以及与之相对应的背景全息图数据，根据傅里叶三维衍射定理，利用基于Rytov变换的滤波反向传播算法重建出物体的三维折射率信息。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.偏振分光的共路空间相移双通道数字全息三维层析系统，其特征在于，包括：依次设置的部分相干光源模块、测量光波预置模块、角度扫描与显微成像模块、参物光分离模块、双通道相移干涉图采集模块、和一三维层析处理器；

所述部分相干光源模块产生的部分相干光束在所述测量光波预置模块中被一偏振分光棱镜一分束为入射参考光和入射测量光；所述入射参考光和所述入射测量光分别经过反射后又在所述偏振分光棱镜一合束为一扫描光，所述扫描光经过角度扫描显微成像模块后对待检测物体进行大范围照明，获得一调制光；所述调制光进入参物光分离模块后分沿不同光路传输的物光和调制参考光；其中所述调制参考光通过一空间偏振滤波组件滤波后与所述物光汇合进入所述双通道相移干涉图采集模块，所述物光和调制参考光中第一光分量被所述双通道相移干涉图采集模块中的图像传感器一接收，所述物光和调制参考光中第二光分量被所述双通道相移干涉图采集模块中的图像传感器二接收，所述第一光分量和第二光分量的光束偏振方向垂直；所述三维层析计算器根据所述图像传感器一和图像传感器二采集的全息图，计算三维层析成像。

2.根据权利要求1所述的偏振分光的共路空间相移双通道数字全息三维层析系统，其特征在于：所述参物光分离模块还包括成像物镜，管透镜、参物分光组件、纠偏透镜一、纠偏透镜二；所述调制光依序经过所述成像物镜进行无穷远成像、经所述管透镜进行聚焦后，经所述参物分光组件分为沿原光路传输的物光和经过折射的调制参考光，所述物光沿原光路经过所述纠偏透镜一和纠偏透镜二的光轴，所述参考光经过纠偏透镜一折射后与所述物光平行地经过空间偏振滤波组件滤波，最后经过所述纠偏透镜二出射。

3.根据权利要求2所述的偏振分光的共路空间相移双通道数字全息三维层析系统，其特征在于：所述双通道相移干涉图采集模块还包括半波片和偏振分光棱镜二，所述半波片快轴方向与光轴方向成±22.5°或±67.5°；所述纠偏透镜二出射的物光和调制参考光通过所述半波片进行偏振后，经过半波片后的物光和调制参考光产生π弧度的相位差，且偏振方向发生改变；所述经过半波片后的物光和调制参考光经所述偏振分光棱镜二分束为偏振方向相互垂直的第一光分量和第二光分量。

4.根据权利要求2所述的偏振分光的共路空间相移双通道数字全息三维层析系统，其特征在于：所述参物分光组件为洛匈棱镜；或为两个1/4波片与一偏振光栅的组合，其中两个1/4波片快轴方向均设置为与光路成45°角，所述中两个1/4波片分别放置在偏振光栅的前后。

5.根据权利要求2-4任一所述的偏振分光的共路空间相移双通道数字全息三维层析系统，其特征在于：所述空间偏振滤波组件为一设置在所述纠偏透镜一的后焦面上，且中心开孔的偏振片；该偏振片的偏振方向与所述物光的偏振方向相互垂直。

6.根据权利要求5所述的偏振分光的共路空间相移双通道数字全息三维层析系统，其特征在于：

所述部分相干光源包括一光源发生器和起偏器；

所述测量光波预置模块还包括液晶可调相位延迟器、1/4波片一、空间光调制器、1/4波片二以及参考反射镜；

所述角度扫描与显微成像模块包括聚焦透镜和扫描物镜；

所述光源发生器产生的部分相干光束经过起偏器起偏后的得到一线偏振光，其包含偏振方向相互垂直的测量光与参考光，起偏后包含测量光和参考光的部分相干光束线偏振光经过所述液晶可调相位延迟器后，被偏振分光棱镜一分为入射测量光和入射参考光；所述入射测量光进入1/4波片一后被空间光调制器偏折反射形成反射测量光，所述反射测量光再次通过1/4波片一到达偏振分光棱镜一；所述入射参考光经过1/4波片二后被参考反射镜反射后形成出射参考光，所述出射参考光再次通过1/4波片二后与所述出射测量光合束为扫描光；所述扫描光经过所述聚焦透镜聚焦后通过扫描物镜照射位于扫描物镜的像方焦平面的待检测物体上，形成一包含物体调制后的物光和调制参考光的调制光。

7.根据权利要求6所述的偏振分光的共路空间相移双通道数字全息三维层析系统，其特征在于：所述起偏器的参数设置为：使所述光源发生器发出的部分相干光束形成与所述液晶可调相位延迟器的光轴方向为45°的线偏振光。

8.根据权利要求7所述的偏振分光的共路空间相移双通道数字全息三维层析系统，其特征在于：所述部分相干光源模块还包括一扩束透镜组，设置在所述起偏器和所述液晶可调相位延迟器之间，对起偏后包含测量光和参考光的部分相干光束进行扩束和准直。

9.根据权利要求8所述的偏振分光的共路空间相移双通道数字全息三维层析系统，其特征在于：所述参物光分离模块的成像物镜和管透镜之间还设有一平面反射镜，用于将从成像物镜出射的调制光反射到所述管透镜。