【摘要】：數(shù)字全息顯微是數(shù)字全息和光學顯微相結(jié)合的一種干涉成像技術，它可以獲得微觀樣品的復振幅分布，可以在計算機中完成數(shù)值聚焦、相位補償?shù)裙δ�。在�?shù)字全息顯微中，利用復振幅中的相位，可以得到樣品表面軸向分辨率可達到幾納米的三維形貌分布，或者其它與位相相聯(lián)系的物理量，即實現(xiàn)相襯成像。數(shù)字全息相襯顯微技術為微結(jié)構(gòu)形貌測量、生物細胞成像、微流控測量等領域提供了一種非接觸、實時和全場測量的手段。 本論文旨在探索低相位噪聲、大的無包裹相位成像深度、高穩(wěn)定性的相襯顯微技術。本論文提出了兩種用LED光源照明的數(shù)字全息顯微方案，降低了相位噪聲；提出了用雙波長LED光源照明的數(shù)字全息顯微方案，用小波濾噪的方法克服了雙波長干涉測量中的噪聲放大問題，擴展了無包裹相位成像的范圍；構(gòu)建了兩種反射式點衍射數(shù)字全息顯微裝置，提高了測量的穩(wěn)定性。 本論文的具體工作包括以下五方面： 1、提出了一種采用LED照明的離軸數(shù)字全息顯微方案。所提出的方案包含Linnik顯微干涉光路和4f偏振濾波系統(tǒng)兩部分。該方案通過一次曝光記錄可獲得離軸數(shù)字全息圖，全息圖在整個視場中都具有均勻且最優(yōu)的對比度。它具有低相位噪聲和實時測量的優(yōu)點，為微納結(jié)構(gòu)、MEMS表面的測量提供了一種高精度的解決方案，可用于運動物體或動態(tài)過程的實時觀測。 2、利用兩步盲相移算法，在Linnik干涉儀的基礎上提出了一種LED光源照明的輕離軸相移數(shù)字全息顯微方案。實驗中，，通過機械移動參考鏡從而引入相移，拋棄了傳統(tǒng)的相移干涉中采用的PZT等相移器件。兩幅干涉圖之間的相移值通過傅里葉分析在頻域獲得，進而重建出物光波的復振幅分布。對實驗中用到的兩步盲相移算法的性能進行了分析、比較。該方案的優(yōu)點是低成本、低位相噪聲以及光路調(diào)節(jié)簡單。 3、提出了采用小波濾噪的方法解決雙波長相位成像中的噪聲放大問題，實現(xiàn)了波長間隔為20nm的兩個LED光源照明的雙波長數(shù)字全息顯微。實驗中用到的兩個LED的中心波長分別為630nm和650nm，合成波長為20.475m。雖然擴展了相位測量中的無包裹相位成像范圍，但是，此時的相位噪聲與單一波長時的噪聲相比放大了2×20.475/0.63=65倍。模擬與實驗結(jié)果表明，用所提出的算法成功降低了噪聲，最終的相位噪聲降低到了單一波長測量時的水平。 4、提出了基于反射式點衍射干涉的同軸相移數(shù)字全息顯微。其中物光頻譜經(jīng)針孔反射鏡濾波后作為參考光，同軸記錄提高了CCD空間帶寬的利用率，結(jié)合偏振相移干涉技術，依次記錄4幅相移干涉圖，消除了零級和共軛像。該裝置具有物參共路的特點和長時間的穩(wěn)定性。 5、提出了基于同軸反射式點衍射的并行相移數(shù)字全息顯微。該裝置基于邁克爾遜干涉儀，物光頻譜經(jīng)針孔反射鏡濾波后作為參考光，由朗奇光柵和4f系統(tǒng)結(jié)合用于平行分光，通過一次曝光可以記錄兩幅90°相移干涉圖。該裝置可用于相位物體動態(tài)變化過程的定量測量。
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【學位授予單位】：中國科學院研究生院（西安光學精密機械研究所）
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM923.34;TN26

【參考文獻】

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本文編號：2401839