專利名稱：降低散斑噪聲的全固態(tài)數(shù)字全息成像系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明公開了ー種基于空間光調制器實現(xiàn)全固態(tài)降低散斑噪聲的數(shù)字全息成像系統(tǒng)，屬于光學衍射成像和數(shù)字全息技術領域。
背景技術：
在數(shù)字全息記錄過程中，由于樣品表面相對于照明光波長存在“隨機”粗糙，利用相干光照明會引入較強的散斑噪聲，導致難以分辨被散斑噪聲覆蓋的再現(xiàn)像細節(jié)，嚴重影響了數(shù)字全息成像系統(tǒng)的成像質量。目前已經(jīng)提出了多種降低散斑噪聲的方法，Kim等人基于波長掃描干渉全息術原理，采用環(huán)形染料激光器，降低合成圖像的散斑噪聲，但是這種方法需要先后記錄物光、參考光和全息圖，無法用于實時觀測；Rong等人通過手動旋轉偏振片獲得不同偏振方向下的全息圖來抑制散斑噪聲；Quan等人通過改變反射鏡照射物體的角度獲得多幅離軸全息圖，將多幅強度再現(xiàn)圖像平均疊加，可以較好的抑制散斑噪聲，但這種方法需要手動機械精確旋轉反射鏡獲取傾斜照明光。Kebbel等人通過在照明光路上安裝毛玻璃，通過旋轉毛玻璃獲得多幅散斑圖案互不相關的全息圖，這種方法需要在實驗中機械移動毛玻璃；可見，為了記錄多幅散斑圖案不相關的數(shù)字全息圖，大多需要手動機械調整偏振片、反射鏡、毛玻璃等光學元件，然而引入機械調整往往受限制于器件本身的響應速度，精度，穩(wěn)定性等因素，使得成像速度不高，且成像系統(tǒng)復雜。

發(fā)明內容
為了消除機械調整對數(shù)字全息成像系統(tǒng)精度和速度的影響，實現(xiàn)自動地獲取多幅不相關的數(shù)字全息散斑圖，本發(fā)明提供一種基于空間光調制器降低散斑噪聲的全固態(tài)數(shù)字全息成像系統(tǒng)。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術方案:降低散斑噪聲的全固態(tài)數(shù)字全息成像系統(tǒng)，包括全息圖拍攝光路、空間光調制器、待測樣品、圖像傳感器和計算機。其中，所述全息圖拍攝光路中的參考光直接入射到所述圖像傳感器，所述全息圖拍攝光路中的物光經(jīng)過所述空間光調制器、待測樣品后入射到所述圖像傳感器，圖像傳感器與空間光調制器均與所述計算機相連，在計算機提供的不同相位信息控制下，空間光調制器加載不同的隨機相位掩模板，每加載一次隨機相位掩模板，控制圖像傳感器記錄一次全息圖，連續(xù)自動獲取多幅全息圖，并將所有全息圖的再現(xiàn)像疊加。所述全息圖拍攝光路由激光器，衰減器，半波片，偏振分束棱鏡，擴束準直器，反射鏡6，分束棱鏡，衰減器，反射鏡，合束晶體組成，所述器件中，激光器出射端依次裝配衰減器和半波片，激光器的出射光束與衰減器和半波片元件垂直，半波片的出射光束垂直入射偏振分束棱鏡，偏振分束棱鏡前方安裝擴束準直器，擴束準直器的出射光束以45°入射反射鏡，反射鏡下方裝配分束晶體，分束晶體的左側安裝衰減器，衰減器左側安裝傾斜45°安裝的反射鏡，分束晶體的下方傾斜45°安裝所述空間光調制器，在空間光調制器左側放置所述待測樣品，在樣品左側平行放置合束晶體，且合束晶體與反射鏡的反射光束正交安裝，在合束晶體下方放置所述圖像傳感器。所述合束晶體傾角可調，并使得入射到圖像傳感器的所述參考光和物光有2。 5°范圍的可調夾角。所述空間光調制器為純相位反射式空間光調制器，且光束尺寸均大于待測樣品的檢測區(qū)域。所述激光器采用單縱模激光光源，波長為532nm，輸出光功率為300mw。所述空間調制器采用分辨率為1920X 1080像素，像元尺寸為SiimXSiim的純相位空間調制器，其線性調制范圍為0-2 。所述圖像傳感器采用CXD為4016X2672像素，像原尺寸為9 y mX 9 y m的CXD相機。。本系統(tǒng)的主要優(yōu)點在干:采用由計算機提供不同相位信息控制空間光調制器加載不同的隨機相位掩模板，從而在記錄多幅全息圖的過程中無需移動任何部件，即可提高成像系統(tǒng)的信噪比。本發(fā)明可以自動降低數(shù)字全息成像系統(tǒng)的再現(xiàn)像的散斑噪聲，可用于對實時性和分辨率要求較高的成像檢測中。


圖1降低散斑噪聲的全固態(tài)數(shù)字全息成像系統(tǒng)的ー個優(yōu)選實施例的結構原理圖；圖2單幅散斑全息圖與其它隨機相位調制的全息圖的互相關系數(shù)。圖中:1、激光器，2、衰減器，3、半波片，4、偏振分束棱鏡，5、擴束準直器，6、反射鏡，
7、分束棱鏡，8、衰減器，9、反射鏡，10、空間光調制器，11、待測樣品，12、合束晶體，13、圖像傳感器，14、計算機。
具體實施例方式下面結合附圖對優(yōu)選ー個實施例做進ー步的說明:本實施例的布置方式如圖1所示:降低散斑噪聲的自動數(shù)字全息成像系統(tǒng)，包括有激光器1，衰減器2，半波片3，偏振分束棱鏡4，擴束準直器5，反射鏡6，分束棱鏡7，衰減器8，反射鏡9，空間光調制器10、待測樣品11，合束晶體12，圖像傳感器13和計算機14，激光器I出射端依次裝配衰減器2和半波片3，激光器I的出射光束與衰減器2和半波片3元件垂直，半波片3的出射光束垂直入射偏振分束棱鏡4，偏振分束棱鏡4前方安裝擴束準直器5，其出射光束以45°入射反射鏡6，反射鏡6下方裝配分束晶體7，分束晶體7的左側安裝衰減器8，衰減器8左側安裝傾斜45°安裝的反射鏡9，分束晶體7的下方傾斜45°安裝空間光調制器10，在空間光調制器10左側放置待測樣品11，在樣品左側平行放置合束晶體12，且合束晶體12與反射鏡9的反射光束正交安裝，在合束晶體12下方放置圖像傳感器13，圖像傳感器13與空間光調制器10均與計算機14相連。激光器I的出射光通過衰減器2、半波片3和偏振分束棱鏡4調整出射光束的偏振態(tài)和光強，出射光束經(jīng)過擴束準直器5擴束為與待測物體觀察范圍相匹配的寬光束，經(jīng)過反射鏡6后利用分束棱鏡7將光路分為兩路:第一路是由反射鏡9反射后入射合束晶體12的透射平面光波作為參考光波；第二路是由空間光調制器10的反射光束照射待測樣品11，其透射光束經(jīng)過合束晶體12反射后入射圖像傳感器13的光束作為物光波，物光波與參考光波形成的干涉圖樣由圖像傳感器13記錄。在計算機14的控制下，通過改變加載在空間光調制器10的相位信息加載不同的隨機相位掩模板，姆加載一次隨機相位掩模板，控制圖像傳感器13記錄一次全息圖,連續(xù)自動獲取多幅全息圖，將所有全息圖的再現(xiàn)像疊加，降低散斑噪聲。實驗中使用中心波長為532nm單縱模激光光源，其輸出光功率為300mw，采用的空間調制器的分辨率為1920 X 1080像素，像元尺寸為8 mX8 m的純相位空間調制器，線性調制范圍為0-2 。將毛玻璃貼在分辨率板之前，并將毛玻璃和分辨率板的組合作為具有高散斑特性的測試樣品。利用虛擬儀器軟件LabView對整個實驗進行了自動化控制，實驗過程中無需機械調整。記錄全息圖的CXD為4016X2672像素，像原尺寸9 y mX9 y m的CXD相機。圖2是單幅散斑圖樣同其他隨機相位調制的全息圖的互相關系數(shù)，圖2表明每幅全息圖之間具有很好的獨立性。將散斑圖樣不相關的多幅全息圖分別進行再現(xiàn)，再將再現(xiàn)像進行疊加，即可大大降低再現(xiàn)像的散斑噪聲。
權利要求
1.低散斑噪聲的全固態(tài)數(shù)字全息成像系統(tǒng)，包括全息圖拍攝光路、空間光調制器(10)、待測樣品(11)、圖像傳感器(13)和計算機(14)，其特征在干:所述全息圖拍攝光路中的參考光直接入射到所述圖像傳感器(13)，所述全息圖拍攝光路中的物光經(jīng)過所述空間光調制器(10)、待測樣品(11)后入射到所述圖像傳感器(13)，圖像傳感器(13)與空間光調制器(10)均與所述計算機(14)相連，在計算機(14)提供的不同相位信息控制下，空間光調制器(10)加載不同的隨機相位掩模板，每加載一次隨機相位掩模板，控制圖像傳感器(13)記錄一次全息圖，連續(xù)自動獲取多幅全息圖，并將所有全息圖的再現(xiàn)像疊加。
2.低散斑噪聲的全固態(tài)數(shù)字全息成像系統(tǒng)，其特征在于:所述全息圖拍攝光路由激光器(1)，衰減器(2)，半波片(3)，偏振分束棱鏡(4)，擴束準直器(5)，反射鏡(6)，分束棱鏡(7)，衰減器(8)，反射鏡(9)，合束晶體(12)組成，所述器件中，激光器(I)出射端依次裝配衰減器(2)和半波片(3)，激光器(I)的出射光束與衰減器(2)和半波片(3)元件垂直，半波片(3)的出射光束垂直入射偏振分束棱鏡(4)，偏振分束棱鏡(4)前方安裝擴束準直器(5),擴束準直器(5)的出射光束以45°入射反射鏡(6)，反射鏡(6)下方裝配分束晶體(7)，分束晶體(7 )的左側安裝衰減器(8 )，衰減器(8 )左側安裝傾斜45 °安裝的反射鏡(9 )，分束晶體(7)的下方傾斜45°安裝所述空間光調制器(10)，在空間光調制器(10)左側放置所述待測樣品(11)，在樣品左側平行放置合束晶體(12)，且合束晶體(12)與反射鏡(9)的反射光束正交安裝，在合束晶體(12)下方放置所述圖像傳感器(13)。
3.按權利要求2所述的降低散斑噪聲的全固態(tài)數(shù)字全息成像系統(tǒng)，其特征在于:所述合束晶體(12)傾角可調，并使得入射到圖像傳感器(13)的所述參考光和物光有2° 5°范圍的可調夾角。
4.按權利要求1-3中任一項所述的降低散斑噪聲的全固態(tài)數(shù)字全息成像系統(tǒng)，其特征在于:所述空間光調制器(10)為純相位反射式空間光調制器，且光束尺寸均大于待測樣品(11)的檢測區(qū)域。
5.按權利要求2或3所述的降低散斑噪聲的全固態(tài)數(shù)字全息成像系統(tǒng)，其特征在于:所述激光器(I)采用單縱模激光光源，波長為532nm，輸出光功率為300mw。
6.按權利要求1-3中任一項所述的降低散斑噪聲的全固態(tài)數(shù)字全息成像系統(tǒng)，其特征在于:所述空間調制器(10)采用分辨率為1920X 1080像素，像元尺寸為8 ii mX8 ii m的純相位空間調制器，其線性調制范圍為0-2 。
7.按權利要求1-3中任一項所述的降低散斑噪聲的全固態(tài)數(shù)字全息成像系統(tǒng)，其特征在于:所述圖像傳感器(13)采用CXD為4016X2672像素，像原尺寸為9iimX9iim的CXD相機。
全文摘要
降低散斑噪聲的全固態(tài)數(shù)字全息成像系統(tǒng)，屬于光學衍射成像和數(shù)字全息技術領域，包括全息圖拍攝光路、空間光調制器、待測樣品、圖像傳感器和計算機。其中，所述全息圖拍攝光路中的參考光直接入射到所述圖像傳感器，所述全息圖拍攝光路中的物光經(jīng)所述空間光調制器、待測樣品后入射到所述圖像傳感器，圖像傳感器與空間光調制器均與所述計算機相連，在計算機提供的不同相位信息控制下，空間光調制器加載不同的隨機相位掩模板，每加載一次隨機相位掩模板，控制圖像傳感器記錄一次全息圖，連續(xù)自動獲取多幅全息圖，并將所有全息圖的再現(xiàn)像疊加。本發(fā)明可以自動降低數(shù)字全息成像系統(tǒng)的再現(xiàn)像的散斑噪聲，可用于對實時性和分辨率要求較高的成像檢測中。
文檔編號G03H1/12GK103092049SQ20131001641
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月16日 優(yōu)先權日2013年1月16日
發(fā)明者王云新, 孟璞輝, 王大勇, 戎路, 江竹青, 萬玉紅, 楊旭東 申請人:北京工業(yè)大學