CN2655294Y - 数字全息两次曝光位相差放大装置 - Google Patents

Abstract

一种数字全息两次曝光位相差放大装置，包括激光光源，其特征在于沿激光光源发出的激光束的前进方向依次有扩束望远镜、第一半透半反镜，该第一半透半反镜的透射光方向经第一全反凹面镜到第二半透半反镜，该第一半透半反镜的反射光方向经第二全反凹面镜到达第二半透半反镜，其后再依次是透镜、探测器和计算机，所述的探测器是一台电荷耦合器CCD，位于透镜的焦距上。将待测样品放在第一半透半反镜和第一全反凹面镜之间的透射光路中，经两次曝光并利用计算机的重构即可获得位相差放大。

Description

数字全息两次曝光位相差放大装置

技术领域：

本实用新型涉及全息位相差放大技术，特别是一种数字全息两次曝光位相差放大装置，在光学波面精密检测等方面有着极其广泛的应用前景。

背景技术：

全息位相差放大技术是指：一张含有位相信息的全息图，被来自于马赫-陈德尔干涉仪的两个臂中出射的A、B两束相干光照明(如图1所示)，各自产生0级、±1、±M、±N……级衍射波，分别调整马赫-陈德尔干涉仪的两个臂，让A束在全息图上产生的+M级(或-N级)衍射波和B束在全息图上产生的-N级衍射波，在放置在全息图后面的透镜的焦平面上重叠，再用光阑滤去非重叠部分，由于来自全息图上重构的物波和它的共轭波是位相相反的，即A束产生的+M级衍射波和B束产生的-N级衍射波叠加以后，将产生干涉，位相差放大到原来的(M+N)倍，重复上述过程n次，则位相差放大2^n(M+N)倍。

这种全息位相差放大技术，需要对全息图底片进行n次暗房处理，这种非实时性，在某种程度上限制了它的实际应用。

发明内容：

本实用新型要解决的技术问题在于克服上述现有位相差放大技术的不足，提供一种数字全息两次曝光位相差放大装置。

如前面讨论的普通光学全息位相差放大技术，即用一块干板记录物体的位相信息，然后利用衍射原理重构出它们的不同衍射级次的衍射波，再让他们的共轭波重叠干涉，如此反复循环，获得高倍位相差放大。本实用新型的数字全息位相差放大装置的构思是：继承普通光学全息位相差放大技术的基本思想，但对全息图的记录、存储和重构采用了不同的手段：

其一是以CCD电荷耦合器代替了全息干板作为记录介质，记录到的全息图经数字化处理以后，存储于计算机中。

其二是以数字傅里叶变换处理取代光学衍射来完成所记录物场的重构，通过对所记录的全息图强度分布作快速傅里叶变换运算，获得其空间频谱分布，从中分离并提取出物光波的频谱，再经逆傅里叶变换运算，便得到物光波复振幅分布。

假定物光波的复振幅分布为：

O(x，y)＝O₀(x，y)exp[jΦ₀(x，y)]

式中O₀(x，y)和Φ₀(x，y)分别为物光波在记录平面上的振幅和位相分布，如果某种原因：电磁场、热效应、重力等引起物体的位相发生变化为Φ′(x，y)，那么新的物光波复振幅分布为：

O′(x，y)＝O₀(x，y)exp[jΦ₀′(x，y)]

将变化前后的两种状态用两次曝光记录在全息图上作数字相加，然后再进行数字傅里叶变换及滤波处理，其叠加光强分布表达式则为：

$I(x,y)={|O(x,y)+O^{\′}(x,y)|}^2={4O}_0^2(x,y){\cos }^2\left[\frac{{\mathrm{\φ}}^{\′}(x,y)-{\mathrm{\φ}}_0(x,y)}{2}\right]$

由此可见，数字位相差放大技术，只是在物场复振幅分布中的相位分布函数乘上一个整数因子，例如N，就可以将位相差放大N倍，此时条纹间距代表的是2π/N位相变化，这样我们可以从条纹图像获得更多、更丰富的变化细节。

本实用新型的技术解决方案如下：

一种数字全息两次曝光位相差放大装置，包括激光光源，其特征在于沿激光光源发出的激光束的前进方向依次有扩束望远镜、第一半透半反镜，该第一半透半反镜的透射光方向经第一全反凹面镜到第二半透半反镜，该第一半透半反镜的反射光方向经第二全反凹面镜到达第二半透半反镜，其后再依次是透镜、探测器和计算机，所述的探测器是一台电荷耦合器CCD，位于透镜的焦距上。

所述的激光光源是一台单横模输出的5mW He-Ne激光器。

所述的扩束望远镜是能将He-Ne激光光束扩束到Φ50mm的光学系统。

所述的第一、第二半透半反镜是一种对6328具有50％反射、50％透过的光楔。

所述的第一、第二全反凹面镜是一种镀有对6328全反射、焦距为50cm的镀膜凹面镜。

所述的透镜是一块焦距为2.5cm的透镜，用来和凹面镜组成一个缩孔望远镜系统。

所述的探测器是一台电荷耦合器CCD，用来记录全息图。

所述的计算机是一台用来对全息图进行位场重构和显示的机器。

本实用新型数字全息两次曝光位相差放大装置的工作过程大致是：

将待测样品放在第一半透半反镜和第一全反凹面镜之间的透射光路中，该待测样品是一块待研究的位相样品，比如温度场、等离子区、光学平板、应力场等等。

当激光光源工作以后，经扩束望远镜把光束扩束到Φ50，经第一半透半反镜，其透射光束经待测样品成为物光束，经第一凹面反射镜的反射和聚焦，后被第一半透半反镜反射的光束经第二凹面反射镜反射和聚焦成为参考光束。物光束和参考光束分别被第二半透半反镜反射和透过后，再经透镜7缩孔的全息图被CCD纪录，完成了第一次曝光。

当待测样品10发生某些物理变化以后，重复上述过程进行第二次曝光。这两张全息图数字化以后，经傅里叶变换、滤波、逆变换，再在位相因子乘上N倍，就可以获得N倍放大的位相差，呈现在计算机的屏幕上。

本实用新型的数字全息两次曝光位相差放大装置，与在先技术相比，不需要对全息图进行多次暗房处理，能快速高倍地放大位相差，并能克服多次拍摄全息图所带来的各种误差，有着极为广阔的应用前景。

附图说明：

图1是目前普通全息位相差放大装置示意图

图2为本实用新型的数字全息两次曝光位相差放大装置示意图。

具体实施方式

先请参阅图2，图2为本实用新型的数字全息两次曝光位相差放大装置示意图。由图可见，本实用新型数字全息两次曝光位相差放大装置由9部分组成：包括激光光源1，沿激光光源1发出的激光束的前进方向依次有扩束望远镜2、第一半透半反镜3，该第一半透半反镜3的透射光方向经第一全反凹面镜4到第二半透半反镜6，该第一半透半反镜3的反射光方向经第二全反凹面镜5到达第二半透半反镜6，其后再依次是透镜7、探测器8和计算机9，所述的探测器8是一台电荷耦合器CCD，位于透镜7的焦距上。

所说的激光光源1时一台单横模输出的5mW He-Ne激光器。

所说的扩束望远镜2是能将He-Ne激光光束扩束到Φ50mm的光学系统。

所说的第一、第二半透半反镜3，6是一种对6328具有50％反射率、透过50％的光楔。

所说的第一、第二全反凹面镜4，5是一种镀有对6328全反射镜的焦距为50cm镀膜凹面镜。

所说的透镜7是一块焦距为2.5cm的透镜，用来和第一、第二凹面镜4，5组成一个缩孔望远镜系统。

所说的探测器8是一台电荷耦合器CCD，用来记录全息图。

所说的计算机9是一台用来对全息图进行位场重构和显示的机器。

所说的待测样品10是一块待研究的位相样品，比如温度场、等离子区、光学平板、应力场等等。

本实用新型装置的工作过程：

当激光光源1工作以后，经扩束望远镜2把光束扩束到Φ50以后，经第一半透半反镜3，透射光束入射到待测样品10成为物光束，经第一凹面反射镜4反射和聚焦，被第一半透半反镜3反射的光束经第二凹面反射镜5反射和聚焦成为参考光束。物光束和参考光束分别被第二半透半反镜6反射和透过后，再经透镜7缩孔的全息图被CCD8纪录，完成了第一次曝光。

当待测样品10发生某些物理变化以后，重复上述过程进行第二次曝光。这两张全息图数字化以后，经由计算机9的傅里叶变换、滤波、逆变换，再在位相因子乘上N倍，就可以获得N倍放大的位相差，呈现在计算机9的显视器上。

Claims (8)

1、一种数字全息两次曝光位相差放大装置，包括激光光源(1)，其特征在于沿激光光源(1)发出的激光束的前进方向依次有扩束望远镜(2)、第一半透半反镜(3)，该第一半透半反镜(3)的透射光方向经第一全反凹面镜(4)到第二半透半反镜(6)，该第一半透半反镜(3)的反射光方向经第二全反凹面镜(5)到达第二半透半反镜(6)，其后再依次是透镜(7)、探测器(8)和计算机(9)，所述的探测器(8)是一台电荷耦合器CCD，位于透镜(7)的焦距上。

2、根据权利要求1所述的数字全息两次曝光位相差放大装置，其特征在于所述的激光光源1是一台单横模输出的5mW He-Ne激光器。

3、根据权利要求1所述的数字全息两次曝光位相差放大装置，其特征在于所述的扩束望远镜2是能将He-Ne激光光束扩束到Φ50mm的光学系统。

4、根据权利要求1所述的数字全息两次曝光位相差放大装置，其特征在于所述的第一、第二半透半反镜(3，6)是一种对6328具有50％反射、50％透过的光楔。

5、根据权利要求1所述的数字全息两次曝光位相差放大装置，其特征在于所述的第一、第二全反凹面镜(4，5)是一种镀有对6328全反射、焦距为50cm的镀膜凹面镜。

6、根据权利要求1所述的数字全息两次曝光位相差放大装置，其特征在于所述的透镜(7)是一块焦距为2.5cm的透镜，用来和第一、第二凹面镜(4，5)组成一个缩孔望远镜系统。

7、根据权利要求1所述的数字全息两次曝光位相差放大装置，其特征在于所述的探测器(8)是一台电荷耦合器CCD，用来记录全息图。

8、根据权利要求1所述的数字全息两次曝光位相差放大装置，其特征在于所述的计算机(9)是一台用来对全息图进行位场重构和显示的机器。

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