本發(fā)明涉及光計(jì)算，具體是非相干光混合型雙光束相關(guān)復(fù)用全息系統(tǒng)及使用方法。

背景技術(shù)：

1、非相干相關(guān)數(shù)字全息技術(shù)(finch)是一種不符合經(jīng)典光學(xué)理論中拉格朗日不變法則的超分辨率系統(tǒng)，其橫向分辨率超過(guò)了瑞利判據(jù)。在相同數(shù)值孔徑的成像系統(tǒng)下，finch橫向分辨率最高能夠達(dá)到常規(guī)非相干全息光路的1.5倍和相干全息光路的2倍，但其軸向分辨率低于直接成像。光束透射物體和光束反射物體實(shí)現(xiàn)全息記錄的兩種光路結(jié)構(gòu)對(duì)物體介質(zhì)是否透光具有選擇性。對(duì)于混合型物體，基于單光束的finch系統(tǒng)記錄的波前信息不全面，信息易出現(xiàn)缺失，因此亟待解決。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了避免和克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了非相干光混合型雙光束相關(guān)復(fù)用全息系統(tǒng)及使用方法。本發(fā)明能夠有效的提高物光波前記錄的完整性和全面性。此外，本發(fā)明記錄的復(fù)用全息圖的重建結(jié)果能夠有效的減弱背景噪聲的影響，提高信噪比。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、非相干光混合型雙光束相關(guān)復(fù)用全息系統(tǒng)，包括作為光源的氙燈，在氙燈的光路上依次布置有帶通濾波器、偏振片，以及分束器；分束器的透射通道光束的光路上依次布置有第一半波片和第一反射鏡，且第一反射鏡的反射光光路上依次布置有第一透鏡和樣本安放位；分束器的反射通道光束的光路上依次布置有第二半波片和第二反射鏡，且第二反射鏡的反射光路上布置有第二透鏡；第一反射鏡反射光光路與第二反射鏡反射光光路的交匯處布置有合束器，合束器合成混合光，合束器的混合光光路上依次布置有第三透鏡和用于實(shí)現(xiàn)物體點(diǎn)源的衍射分束和相移的空間光調(diào)制器。

4、作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：在空間光調(diào)制器還布置有用于記錄干涉平面處產(chǎn)生的復(fù)雜波陣面的ccd，ccd連接有對(duì)采集后的全息圖按照設(shè)定要求進(jìn)行圖像處理的計(jì)算機(jī)。

5、作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：第一透鏡、第二透鏡以及第三透鏡均為凸透鏡，且各個(gè)凸透鏡的軸線(xiàn)均與穿過(guò)其自身的光束的光軸彼此重合。

6、使用方法，該使用方法應(yīng)用上述的非相干光混合型雙光束相關(guān)復(fù)用全息系統(tǒng)，包括以下步驟：

7、s1、將樣本放置在樣本安放位上；

8、s2、打開(kāi)氙燈，通過(guò)氙燈發(fā)出的非相干白光對(duì)樣本進(jìn)行照射，并通過(guò)空間光調(diào)制器實(shí)現(xiàn)衍射分束和相移；

9、s3、通過(guò)ccd拍攝采集全息圖，并將采集的全息圖輸入到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行圖像處理，以獲得滿(mǎn)足對(duì)應(yīng)設(shè)定要求的圖像。

10、作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：步驟2中生成全息圖的過(guò)程具體如下：

11、s21、打開(kāi)氙燈，氙燈發(fā)出的非相干白光進(jìn)入帶通濾波器，并帶通濾波器轉(zhuǎn)換為波長(zhǎng)為633nm的透射通道光束；接著該透射通道光束進(jìn)入偏振片，并由偏振片將其調(diào)整為線(xiàn)性偏振，以此獲得偏振光束；

12、s22、偏振光束進(jìn)入到分束器中進(jìn)行分束，分束器將單通道的偏振光束分束為透射通道光束和反射通道光束；

13、s23、反射通道光束依次經(jīng)過(guò)第二半波片和第二透鏡，并照射到第二反光鏡上；接著由第二反光鏡反射進(jìn)合束器中，該反射通道光束的一部分從合束器中照射到樣本，以此獲得樣本反射信息再次進(jìn)入到合束器中；

14、透射通道光束照射到第一反光鏡上并由第一反光鏡反射穿過(guò)第一透鏡照射在樣本上，越過(guò)樣本后的帶有透射信息的光束進(jìn)入到合束器中；

15、s24、合束器對(duì)接收到的光束進(jìn)行合束操作，并形成合束光；

16、s25、攜帶有透射樣本信息和反射樣本信息的合束光穿過(guò)第三透鏡并在空間光調(diào)制器中匯聚；

17、s26、在空間光調(diào)制器中加載兩個(gè)相位差為π的雙球面波掩膜，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體點(diǎn)光源的衍射分束和相移。

18、作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：在空間光調(diào)制器的相位掩膜調(diào)制中使用了兩個(gè)反射球形波的相位掩膜，且兩個(gè)相位掩膜的光程差為球形波的半波長(zhǎng)；

19、在空間光調(diào)制器中加載第一相位掩膜時(shí)，記錄的復(fù)用全息圖m的強(qiáng)度為e10，僅對(duì)透射通道光速施加相移，此時(shí)記錄的全息圖o的強(qiáng)度為e11；僅對(duì)反射通道光束施加相移，此時(shí)記錄的全息圖s的強(qiáng)度為e12；

20、在空間光調(diào)制器加載第二相位掩膜時(shí)，記錄的復(fù)用全息圖m的強(qiáng)度為e20；僅對(duì)透射通道光束施加相移，此時(shí)記錄的全息圖o的強(qiáng)度為e21；僅對(duì)反射通道光束施加相移，此時(shí)記錄的全息圖s的強(qiáng)度為e22。

21、作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：由ccd獲取的全息圖的空間傳遞函數(shù)表示如下：

22、

23、u＝x/λz；

24、v＝y(tǒng)/λz；

25、式中，x表示樣本中的一點(diǎn)在三維空間中的橫坐標(biāo)；y表示樣本中的一點(diǎn)在三維空間中的縱坐標(biāo)；zi表示ccd與物平面的距離，對(duì)于加載第i種相位掩膜，i＝1或2，z1和z2的差值為λ/2；u表示橫坐標(biāo)x對(duì)應(yīng)的頻域中的空間坐標(biāo)；v表示縱坐標(biāo)y對(duì)應(yīng)的頻域中的空間坐標(biāo)；表示第i種相位掩膜對(duì)應(yīng)的關(guān)于空間坐標(biāo)u和空間坐標(biāo)v的全息圖傳遞函數(shù)；λ表示光束的波長(zhǎng)；exp表示以自然常數(shù)e為底的指數(shù)函數(shù)；k表示比例系數(shù)，k＝2π/λ。

26、作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：使用透射通道光束照射物體后形成的全息圖的頻譜信息表示如下：

27、

28、式中，ft{o(x,y)}表示使用透射通道光束照射物體后形成的全息圖o中，對(duì)應(yīng)的物體透射頻譜信息；ft{(e20-e21)}表示關(guān)于e20-e21的傅里葉變換；表示第1種相位掩膜對(duì)應(yīng)的關(guān)于空間坐標(biāo)u和空間坐標(biāo)v的全息圖傳遞函數(shù)的復(fù)共軛項(xiàng)；ft{(e10-e11)}表示關(guān)于e10-e11的傅里葉變換；表示第2種相位掩膜對(duì)應(yīng)的關(guān)于空間坐標(biāo)u和空間坐標(biāo)v的全息圖傳遞函數(shù)的復(fù)共軛項(xiàng)；表示兩種相位掩膜差值z(mì)2-z1對(duì)應(yīng)的傳遞函數(shù)；表示兩種相位掩膜差值z(mì)1-z2對(duì)應(yīng)的傳遞函數(shù)。

29、使用反射通道光束照射物體后形成的全息圖的頻譜信息表示如下：

30、

31、式中，ft{s(x,y)}表示使用反射通道光束照射物體后形成的全息圖s中，對(duì)應(yīng)的物體透射頻譜信息；ft{(e20-e22)}表示關(guān)于e20-e22的傅里葉變換；ft{(e10-e12)}表示關(guān)于e10-e12的傅里葉變換；在使用兩種相位掩膜后獲得的復(fù)用全息圖m的頻譜信息表示如下；

32、ft{m(x,y)}＝ft{o(x,y)}+ft{s(x,y)}

33、式中，ft{m(x,y)}表示使用兩種相位掩膜后獲得的復(fù)用全息圖m中，對(duì)應(yīng)的物體透射頻譜信息；

34、透射通道光束對(duì)應(yīng)的載波信息表示如下：

35、

36、其中，o(x,y,z)表示透射通道光束對(duì)應(yīng)的載波信息；

37、反射通道光束對(duì)應(yīng)的載波信息表示如下：

38、

39、其中，s(x,y,z)表示反射通道光束對(duì)應(yīng)的載波信息。

40、作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：樣本的物體點(diǎn)源通過(guò)透射通道光束和反射通過(guò)光束傳播到ccd成像表面干涉形成的圖像復(fù)振幅f表示如下：

41、

42、α-1＝(f3-d1)/[f3(d1+d2)-d1d2]；

43、式中，q表示二次相位函數(shù)；α表示過(guò)渡參數(shù)；a表示掩膜的焦距；iθ表示采用第i種相位掩膜加載前后樣本的相位；f3表示第三透鏡的焦距；d1表示樣本的物體點(diǎn)源到第三透鏡的距離；d2表示第三透鏡到空間光調(diào)制器的距離。

44、作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：三維樣本在經(jīng)過(guò)透射通道照射后對(duì)應(yīng)的透射物體點(diǎn)源強(qiáng)度為go(xo,yo,zo)；三維樣本在經(jīng)過(guò)反射通道照射后對(duì)應(yīng)的反射物體點(diǎn)源強(qiáng)度為gs(xs,ys,zs)；

45、由ccd記錄的多重全息術(shù)是所有透射物體點(diǎn)源強(qiáng)度和反射物體點(diǎn)源強(qiáng)度的非相干疊加，具體表示如下：

46、e(x,y)＝a[c+a1+a2+a3+a4+a5+a6+a7+a8]；

47、

48、

49、式中，e(x,y)表示非相干疊加后的強(qiáng)度；a和c均表示常數(shù)項(xiàng)；a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7和a8均表示等效系數(shù)。

50、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

51、1、本發(fā)明所設(shè)計(jì)的光路能夠利用雙光束透射和反射記錄的原理實(shí)現(xiàn)兼容透光和非透光特性物體的全息記錄，這一特點(diǎn)解決了不同透光材質(zhì)物體記錄需要對(duì)于不同光路結(jié)構(gòu)的弊端，節(jié)省了成本。同時(shí)，光路所記錄的復(fù)用全息圖能夠有效的減弱背景噪聲的影響，能夠有效的提高物光波前記錄的完整性和全面性。利用復(fù)用選頻算法獲取透射和反射場(chǎng)景下的全息圖可用于分析材料的折射率和透光率。