相移干涉數(shù)字全息顯微技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種與數(shù)字技術(shù)相結(jié)合的用于微小物體顯微成像的新技術(shù)。它主要利用光敏器件（如CCD、CMOS等）取代傳統(tǒng)的光學(xué)全息干板對被測樣品的全息圖像進行記錄并將其存儲于計算機,然后利用特定的數(shù)學(xué)算法對其進行處理,計算出被測樣品的三維形貌并在計算機中數(shù)值再現(xiàn),從而實現(xiàn)被測樣品的顯微成像。這種方法因其具有的速度快、全場測量、非接觸、實時、無需對樣品進行特殊處理等特點,在形貌檢測、納米器件檢測、生物觀察、粒子場分析等諸多領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用,因而成為了當(dāng)前光學(xué)測量領(lǐng)域的研究熱點。相移干涉數(shù)字全息術(shù)的基本思想是在全息干涉過程中通過在參考光中附加相移來改變物光與參光之間的相位差,從而獲得若干幅相移干涉全息圖并對其進行記錄,然后在計算機中利用相應(yīng)的數(shù)值算法對物光場的復(fù)振幅分布進行再現(xiàn),最后達到相位重建及三維顯微成像的目的。通過相移的方法能夠消除全息再現(xiàn)過程中孿生像和零級像的干擾問題,改善再現(xiàn)像的質(zhì)量。本文著眼于實用的數(shù)字全息系統(tǒng)的構(gòu)建,重點研究相移干涉數(shù)字全息術(shù),并完成了以下研究工作:1、對相移數(shù)字全息的產(chǎn)生和發(fā)展進程進行綜述。對各種顯微測量技術(shù)進行匯總歸納。介... 

【文章來源】：河南大學(xué)河南省

【文章頁數(shù)】：85 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

顯微測量技術(shù)分支匯總圖[2]

相移干涉數(shù)字全息技術(shù)研究4幅信息及相位分布信息。而且在相位重建過程中，多幅干涉圖樣能夠抵消掉干涉圖樣中的零級像和共軛像，因而能夠快速、方便地再現(xiàn)被測物體相位分布。其主要工作流程如下圖1-2：圖1-2相移數(shù)字全息主要工作步驟示意圖相移的概念誕生于二十世紀(jì)60年代的電子工程領(lǐng)域，Carre在1966年首次提出相移干涉的基本思想：在物光和參考光之間引入不同的相移形成不同的干涉圖樣，從若干幅干涉圖樣中再現(xiàn)被測樣品的相位分布，其后Crane于1969年對該方法進行了改進與完善。1974年，Bruning等人將該技術(shù)引入光學(xué)測量領(lǐng)域，對透鏡面型進行了質(zhì)量檢測[4]。隨后，Wyant(1975年)[5]、Johnson和[6](1977年)等人對光學(xué)相移干涉這一方法進行了廣泛深入的研究，并將其應(yīng)用到多個領(lǐng)域。1998年，T.Zhang將相移技術(shù)應(yīng)用于數(shù)字全息顯微，相移數(shù)字全息顯微由此產(chǎn)生[7]。光柵相移、偏振相移等多種獲取相移的方法也不斷涌現(xiàn)。最初，相移數(shù)字全息主要是在時間上分步采集若干幅具有不同相移量的干涉顯微全息圖，雖然具有精度高的優(yōu)點，但因為是在時間序列上采集干涉圖像，不能適用于動態(tài)樣品的實時測量。為了提高相移數(shù)字全息的實時測量能力，同步相移方法隨之產(chǎn)生[8-10]。2003年，美國的Smythe教授使用4臺CCD組成了一個同步相移數(shù)字全息系統(tǒng)，從而實現(xiàn)了同時采集四幅相移干涉[11]，但是四臺CCD記錄干涉圖樣的實時性難以保障。2004年，日本的Y.Awatsuji等使用一個特制的掩膜版覆蓋在CCD記錄靶面前，使得記錄靶面的不同區(qū)域記錄的干涉圖樣之間具有不同的相移，從而利用一個CCD實現(xiàn)了同時采集多幅干涉圖[12]。2006年，G.Rodriguze通過使用空間分光技術(shù)，在CCD記錄靶面的不同位置分別記錄具有不同相移量的干涉圖，實現(xiàn)了使用一個CCD的同步相移?

佳?鈉?均強度IO(x,y)、干涉圖樣的調(diào)制度I(x,y)和物光和參考光之間的相位差φ(x,y)都是未知數(shù)，從數(shù)學(xué)上來講，之所以不能從式(1-3)中解出相位值，是因為方程中未知數(shù)的個數(shù)大于方程的個數(shù)，如果能夠增加方程的個數(shù)，使之大于等于未知數(shù)的個數(shù)，就可以從方程組中求出相位值，這就是相移法的本質(zhì)。因此，如果在干涉過程中，引入不同且已知的相移δi就可以得到關(guān)于IO(x,y)、I(x,y)和φ(x,y)三個變量的方程組，求解出φ(x,y)，從而可以獲取物體的相位信息。此外，當(dāng)i＞3時，理論上會有冗余方程，但對未知數(shù)的求解并無影響。圖1-3為模擬的一個球面形狀的相移物體在不同相移情況下的干涉圖樣。從圖中可以看出：隨著相移量的變化，干涉中各點的明暗強度出現(xiàn)整體變化，并且，相移量差為的兩幅干涉之間出現(xiàn)了明暗翻轉(zhuǎn)的變化[14]。(a)(b)(c)(d)圖1-3模擬的球面相位物體相移干涉圖樣[2]。(a)相移量為0；(b)相移量為π/2；(c)相移量為π；(d)相移量為3π/2。由以上分析可知，利用三幅或三幅以上具有不同相移量i的干涉圖，可以解得式(1-3)中的相位差φ(x,y)，再現(xiàn)待測相位的分布。在此過程中無需尋找和跟蹤條紋的中心，并且

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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[4]物參共路干涉顯微理論和實驗研究[D]. 郜鵬.中國科學(xué)院研究生院(西安光學(xué)精密機械研究所) 2011
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[6]數(shù)字相移干涉術(shù)中圖像處理和波前再現(xiàn)誤差的分析及校正算法的研究[D]. 劉青.山東大學(xué) 2005

碩士論文
[1]移相數(shù)字全息技術(shù)[D]. 王佳琦.遼寧師范大學(xué) 2013
[2]數(shù)字全息再現(xiàn)像質(zhì)量及應(yīng)用的研究[D]. 楊濤.浙江大學(xué) 2010



本文編號：3612486