設(shè)計(jì)并組建了光纖照明的多分辨率數(shù)字全息顯微鏡系統(tǒng)。激光器出射的激光經(jīng)光纖耦合器、光纖分束器,分別形成照明樣品的照明光波和參考光波。照明光波經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直后透過樣品形成物光波,與參考光在圖像傳感器表面干涉形成全息圖。相較于普通數(shù)字全息顯微鏡,該系統(tǒng)更加緊湊穩(wěn)定,并且通過轉(zhuǎn)動(dòng)物鏡轉(zhuǎn)盤,可選擇采用不同的顯微物鏡,實(shí)現(xiàn)多分辨率顯微定量相位成像。對該系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試,首先用標(biāo)準(zhǔn)樣品聚苯乙烯微球驗(yàn)證了該系統(tǒng)定量相位成像的準(zhǔn)確性,并測量了系統(tǒng)的時(shí)空噪聲,得到空間噪聲在2 nm以內(nèi),時(shí)間噪聲在0.8 nm以內(nèi);然后將系統(tǒng)應(yīng)用于單模光纖、微光學(xué)元件和生物樣品的測量,獲得了準(zhǔn)確的定量相位像。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明組建的光纖照明多分辨率光纖型數(shù)字全息顯微鏡穩(wěn)定性高,能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確的定量相位成像。 

【文章來源】：光學(xué)與光電技術(shù). 2020,18(01)

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

光纖照明數(shù)字全息顯微鏡系統(tǒng)原理圖

?y)]Re[U(x?y)]（3）其中，Re是取實(shí)部，Im是取虛部。由（3）式解出的相位值分布在(-π?π]區(qū)間。為獲取樣品真實(shí)的相位分布，還需要解包裹操作。本文采用可靠度導(dǎo)向的快速相位解包裹算法［11］。從圖1中可看出，照明光波經(jīng)過透射樣品之后的光學(xué)元件會有附加相位因子的影響，從而由式（3）得到的相位分布并不是真實(shí)的樣品相位分布。需要消除系統(tǒng)中附加相位因子的影響。本文采用減去參考平面相位的方法消除附加相位影響［12］。3實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析3.1系統(tǒng)實(shí)物圖與結(jié)構(gòu)參數(shù)組建的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖2所示。圖2光纖照明數(shù)字全息顯微鏡Fig.2Digitalholographicmicroscopewithopticalfiberillumination照明光源是波長為532nm的光纖耦合輸出激光器。顯微物鏡是普通商用顯微物鏡，將不同參數(shù)的顯微物鏡置于物鏡轉(zhuǎn)盤，通過轉(zhuǎn)動(dòng)物鏡轉(zhuǎn)盤，可根據(jù)需要選擇不同參數(shù)的顯微物鏡，實(shí)現(xiàn)多分辨率顯微成像。記錄相機(jī)CCD的像元間距是3.45μm×3.45μm，像素?cái)?shù)是2048×2248，可根據(jù)需要選擇部分像素。同時(shí)，我們開發(fā)了系統(tǒng)軟件，該軟件系統(tǒng)具有完整的記錄和數(shù)據(jù)處理功能，可以對樣品進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測。3.2系統(tǒng)成像準(zhǔn)確度和時(shí)空敏感性首先測試系統(tǒng)成像的準(zhǔn)確性。我們分別對不同分辨率的顯微系統(tǒng)做了測試。這里以40×/0.65的顯微物鏡系統(tǒng)為例。選用標(biāo)準(zhǔn)聚苯乙烯微球作為被測樣品，微球直徑為2±5%μm，折射率為1.59。取少量微球散落于蓋波片，等蒸發(fā)完水分后，為了確保拍攝得到的干涉條紋不會因相位差太大而斷裂，需滴入折射率匹配溶液，這里我們使用奧林巴斯物鏡浸油（折射率為1.518）浸沒微球。將做好的樣品水平置于載物臺上，選用卜曉博等：光纖照明數(shù)字全息顯微鏡實(shí)驗(yàn)研究69

學(xué)與光電技術(shù)第18卷光40×/0.65的顯微物鏡，進(jìn)行調(diào)焦使CCD上清晰地接收到微球的像。采集到的數(shù)字全息圖如圖3（a）所示。通過數(shù)值處理得到微球相位像如圖3（b）。光經(jīng)過微球的幾何高度h(x?y)和測量得到的相位分布φ(x?y)之間的關(guān)系為：h(x?y)=λφ(x?y)2π(n-n0）。已知微球折射率、浸沒介質(zhì)折射率、記錄波長，可由測量得到的相位分布φ(x?y)，計(jì)算得到微球的厚度分布為2.08μm與標(biāo)準(zhǔn)值相符。圖3（c）是沿圖3（b）中所畫過微球中心直線的微球厚度分布截線圖，證實(shí)了組建的數(shù)字全息顯微鏡具有準(zhǔn)確的定量相位成像性能。（a）像面全息圖（b）再現(xiàn)相位像（c）沿著圖（b）中直線的微球厚度分布截線圖圖3標(biāo)準(zhǔn)微球?qū)嶒?yàn)結(jié)果Fig.3Experimentalresultsforstandardmicro-beads時(shí)空噪聲是任何測量系統(tǒng)的一個(gè)重要參數(shù)，直接影響系統(tǒng)的測量敏感度，即決定系統(tǒng)能測量的最小光程變化。接著測量了該系統(tǒng)的時(shí)空噪聲［13，14］。選用40×/0.65的顯微物鏡，在移除任何樣品的情況下，記錄257張數(shù)字全息圖，像素?cái)?shù)為512×512，記錄幀率20frame/s。將第一幀全息圖作為參考全息圖，對所有的全息圖作數(shù)據(jù)處理，得到256個(gè)相位圖。利用相位和光程的關(guān)系，繼而得到256張光程分布圖。對任一張光程分布圖求均方差，得到空間噪聲均低于2nm。對所有256張光程分布圖作時(shí)間堆積，然后做空間均方差，得到時(shí)間噪聲，時(shí)間噪聲小于0.8nm。因此，該系統(tǒng)具有很高的時(shí)空敏感性。3.3單模光纖定量相位成像實(shí)驗(yàn)采用的單模光纖型號是SMF-28，包層直徑125μm，纖芯直徑8.2μm，包層折射率為n1=1.461，纖芯折射率為n2=1.467。制備樣品的過程中首先用剝線鉗剝?nèi)ス饫w的涂覆層，再將光纖放置于折射率匹配溶液中（折射率：n0=

【參考文獻(xiàn)】：
碩士論文
[1]離軸數(shù)字全息氣溶膠粒子的檢測[D]. 張曉雪.合肥工業(yè)大學(xué) 2021



本文編號：3605500