[发明专利]双波长偏振复用数字全息成像系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及数字全息成像术，属于实时三维数字成像领域，更具体地说，本发明涉及一种双波长偏振复用数字全息成像系统及方法。

背景技术

数字全息术是一种在全息术基础上，采用诸如CCD或CMOS作为图像采集器代替全息记录材料(全息干板等)记录数字全息图，并将数字全息图保存于计算机中，通过数值模拟光的衍射传播过程，实现数字全息图的重构成像。数字全息术作为一种新型三维数字成像技术，其记录和重构成像过程皆涉及数字化过程。

离轴数字全息术的记录光路通常采用马赫泽德干涉仪系统，实现离轴数字全息图的记录。全息图记录过程中，物光和参考光成一定夹角照射到图像采集器的靶面上产生干涉条纹，将其记录下来就是离轴数字全息图。

双波长数字全息技术是采用两个不同的波长对物体进行数字全息成像的技术，其主要目的是克服单波长数字全息术对表面形貌复杂和具有较大起伏的物体再现能力差的问题。双波长数字全息术的特点在于，利用双波长记录的两幅全息图可以实现双波长相位解包裹。记录过程中，在特定的光路系统下，两个不同波长的物光束以相同角度照射同一待测物体，其后分别与对应波长的参考光在图像采集器靶面干涉，记录两幅分别对应不同波长的数字全息图。重构成像过程中，对两幅全息图分别进行单波长数字全息重构，获得待测物体对应两个不同波长的包裹相位图，其后将两幅包裹相位图直接相减，获得无包裹相位的合成波长相位图。由此，就可以实现双波长相位解包裹，并获得原物体的真实相位信息。

通常双波长数字全息光路中，两种不同波长激光的全息记录光路是分开的，即两个不同波长的全息图是分路记录的。因此，由于实际存在两个分光路所记录的全息图位置不一致问题，在数值重构时，需要手工进行截取位置修正和包裹相位调整，才能获得包含有准确信息的等效波长相位图。并且，需要针对单次记录的实验结果，进行多次调整才能获得较准确的待记录物体相位信息，难以实现实时重构成像。

发明内容

本发明目的在于提供一种利于实现实时三维成像的双波长偏振复用数字全息成像系统和方法，特别是通过配置双波长偏振复用数字全息记录单元，以及双波长偏振复用数字全息成像重构单元，利于实现对表面形貌复杂或具有较大起伏的待测物的实时三维重构成像。

本发明的一种双波长偏振复用数字全息成像系统和方法，包括一种双波长偏振复用数字全息记录单元和一种双波长偏振复用数字全息成像重构单元。一种双波长偏振复用数字全息记录单元包括双波长偏振复用数字全息记录光路和方法，所述的双波长偏振复用数字全息记录单元用于记录两个不同波长的数字全息图。一种双波长偏振复用数字全息成像重构单元包括双波长偏振复用数字全息成像重构流程和方法，配置所述的双波长偏振复用数字全息成像重构单元，用于对所记录的数字全息图进行衍射成像重构，实现原物体的真实相位信息的三维成像。

本发明的一种双波长偏振复用数字全息记录光路，其特征在于包括一种双波长正交偏振光合束光路，以及一种离轴双波长偏振复用传输记录光路。所述的双波长正交偏振光合束光路产生偏振态正交的两个不同波长的线偏振光束作为全息图记录光束，并被合束；所述的离轴双波长偏振复用传输记录光路由两个马赫泽德干涉仪(Mach-Zehnder Interferometer)光路组成，两个不同波长的记录光束在第一个马赫泽德干涉仪光路中实现偏振复用共路传输，在第二个马赫泽德干涉仪光路中通过偏振筛选分离两个不同波长干涉光，由诸如CCD或者CMOS光电耦合器作为图像采集器同时记录两幅对应不同波长的全息图，实现实时双波长数字全息图记录。所述的离轴双波长记录光路所记录的数字全息图为菲涅尔数字全息图(Fresnel Hologram)。

本发明的双波长偏振复用数字全息记录光路，包括由第一激光器、第一分光棱镜、第一半波片，第二激光器、第二半波片、偏振分光棱镜、第一反射镜、扩束准直器、光阑，配置成一种双波长正交偏振光合束光路；以及，由第二分光棱镜、第二反射镜、第三反射镜、第三分光棱镜、第四分光棱镜、第四反射镜、第一偏振片、第五反射镜、第二偏振片、第五分光棱镜、图像采集器，配置成一种离轴双波长偏振复用传输记录光路。从所述双波长正交偏振光合束光路出射的光束，接着入射进入所述离轴双波长偏振复用传输记录光路。