离轴干涉仪的制作方法
专利名称：离轴干涉仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种离轴干涉仪及其在设备中的使用，以及ー种用于离轴数字全息显微镜的方法。
背景技术：
在现有技术的干涉仪中，入射光束通常分割为目标光束和參考光束，然后重新合并到记录平面上，在该记录平面上，目标光束和參考光束干涉产生干渉条纹。这样的装置的目的是测量光的复幅度(即，相位和幅度信息)。通常，在这样的測量中使用的光具有高相干性，比如激光器产生的光。这有若干缺点，比如相干噪声(散斑场)的出现以及与高相干光源相关联的高成本。在很多情形中，在目标光束和參考光束之间引入小的角度以便获得低频空间外差条纹，比如US70(^691中所公开的。由于干涉仪轴和干渉光束之一之间的非零角度，因此这类配置通常被称为离轴配置。在这样的离轴配置中，必须使用高相干入射光来观察干渉如果參考光束和目标光束之间的路径长度差大于入射光束的相干长度，则无法观察到任何干渉，从而丢失相位
イロ‘ ；Ε、。这意味着，对于时间部分相干光，由小角度在记录平面上的不同位置处引入的路径长度的差可能足以破坏相干性，因此将只能在保持相干性的部分记录平面中观察到干渉。—般而言，相位和幅度(或复幅度)信息的记录是全息技术、更具体地是数字全息显微镜(DHM)的基础。在DHM中，使用电荷耦合器件(CXD)摄像机来记录全息图，并且由计算机执行对所观察的样本的三维模型的重构。通过使用干渉仪来获得全息图。该过程提供了用于对厚样本的深度图像逐片地重聚焦的高效工具。对于作为生物样本的观察的多种应用，DHM允许获得定量相衬成像。深度重建能力使得DHM成为用于实现三维(3D)速度仪的有力工具。由于数字全息术提供复幅度，因此实现了有力的处理方法，比如自动重聚焦、像差补偿、3D图样识别、分离和边界处理。采用分离的目标光束和參考光束的数字全息术的原理，包括从所记录的目标光束和參考光束之间的干涉图样中提取目标光束的复幅度信息。然后，复幅度信息可以被处理用于计算数字重聚焦以及用于执行定量相衬成像。存在两种主要配置类型在线配置和离轴配置。通常通过使用干涉仪比如马克-增德(Mach-Zehhder)干涉仪和迈克尔逊 (Michelon)干涉仪获得复幅度。在在线配置中，如L. Yamaguchi 等人在“phase-shifting digital holography”， Opt. Lett. 22，1268-1270(1997)中所公开的，入射在摄像机传感器上的參考光束和目标光束之间的角度尽可能小。复幅度的计算需要相位步进方法，其中，随着在目标光束和參考光束之间引入小的光路变化来记录若干个干涉测量图像。通过将若干个干涉测量图像实现为公式来计算光相位信息。在线配置的主要缺点是需要順序记录若干个干涉测量图像，由于摄像机帧速率这限制了获取速度。实际上，在花费若干帧记录的时间的完成获取期间目标必须保持静止。在离轴配置中，比如US 6, 525, 821 和 Takeda 等在“ Fourier-transform method of fringe-pattern analysis ior computer-based topography and interferometry, ” J. Opt. Soc. Am. 72，156-160 (1982)中所公开的，在目标光束和參考光束之间存在非零平均角度，这使得能够仅根据ー个记录的干渉测量图像来计算复幅度。对于在线配置，这是ー个用于快速变化的现象的分析的决定性优点。但是，在那些配置中使用马克-增德干渉仪或迈克尔逊干涉仪要求高时间相干性的光源。否则，由于在目标光束和參考光束之间的视场上的可变光延迟，导致条纹调制不是恒定的。如 Dubois 等在‘-improved three-dimensional imaging with digital holography microscope using a partial spatial coherent source，，Appl· Opt. 38， 7085-7094(1999)所公开的，部分相干光源的使用通过减小相干假象(artefact)噪声改善了全息记录的质量，最有效的噪声减小是通过使用空间部分相干光源获得的。这种类型的光源是通过降低激光光束的相干性质获得的，或者是通过由光过滤系统来提高比如发光二极管的非相干源的空间相干性获得的。采用用于降低激光的空间相干性的通常设置，激光光束聚焦到接近于移动的毛玻璃。对于给定位置的毛玻璃，透射过样本的光是散斑场。当毛玻璃移动时，且假定曝光时间足够长以获得平均效果，可以看出这种类型的源等效于其空间相干距离等于平均散斑场的空间部分相干光源。这种用于制备光源的方法保持了高度的时间相干性，这使得能够采用离轴方法。但是，当要求短的曝光时间时，产生光源波动。实际上，难以实现足够快地移动毛玻璃来记录要求短曝光时间的动态目标。采用提高非相干光源或者非激光光源的空间相干性的设置，保持了时间非相干性质。在这样的情形中，不可能实现离轴配置，也不可能在单个帧中记录全部的复幅度信息。关于样本的放置，可以限定两种主要类型的配置如EP 1631788中所公开的差分配置，其中样本位于干涉仪之前；以及如EP 1399730中所限定的经典配置，其中样本位于干涉仪的ー个臂上。在文^:“resolution—enhanced approaches in digital holography， (Optical Measurement systems for Industrial inspection VI，Proc. Of SPIE，Vol. 7389, 738905-1)中，Paturzo等公开了ー种装置，其中使用光栅以提高分辨率。在所公开的设置中，使用若干衍射光路来増大光学系统的数值孔径。那些不同的衍射光路离轴撞击记录平面，但是，不保持空间和时间相干性。如将要在本发明的具体实施方式
中所说明的，这意味着，对于所有的光路，在目标平面中的狄拉克δ (delta Dirac)形式的光強度脉冲将不同时到达整个记录平面。因此，在非相干光源的情形中，在记录平面的某些部分将丢失相位信肩、ο本发明的目的本发明意在提供ー种克服现有技术的干渉仪的缺点的干涉仪。更具体地，本发明意在提供ー种能够采用部分相干光源工作的离轴干涉仪。本发明还意在提供数字全息显微镜(DHM)配置，使得能够使用采用部分时间相干源和/或采用空间相干源的离轴配置。这带来以很低的噪声水平实现快速彩色数字全息记录的能力。本发明还意在提供数字全息显微镜，使得能够采用离轴配置使用从非相干源产生的部分相干源。这是显著的改进，因为它允许以快速模式操作显微镜，而没有由采用激光的配置导致的波动(相干噪声)的缺点。而且，该配置使得能够使用低成本源比如LED，且提供了同时记录红绿蓝全息图的可能性，以在无相干噪声的情况下提供全色数字全息显微镜。
发明内容
本发明的第一方面涉及ー种用于离轴数字全息显微镜的干涉仪，所述干涉仪包括-垂直于所述干涉仪的光轴的记录平面；-限定入射到所述记录平面上的第一光路和第二光路的光学装置，并且所述第一光路和第二光路平行，所述光学装置特征在于沿着所述第一光路和第二光路传播的各时间部分相干光束能够干涉并且产生不依赖所述记录平面上的位置的条纹对比。离轴意味着干渉光束中的至少一束关于干涉仪轴具有非零角度，或者等同地，干涉光束是非平行的。根据特定优选实施例，本发明的干涉仪还公开了以下特征中的至少ー个或其适当的組合-所述光学装置包括与所述记录平面光学共轭的光栅以用于产生衍射光束；-所述光栅从包括伦奇(Ronchi)光柵、闪耀衍射光栅和厚(thick)相位全息光栅的组中选择；-所述光学装置还包括第一透镜，所述光栅位于所述第一透镜的后焦面中；-所述光学装置还包括第二透镜，所述光栅位于所述第二透镜的前焦面中；-所述干涉仪还包括第三透镜，所述第三透镜光学耦合至所述第二透镜，且所述记录平面位于所述第三透镜的所述后焦面中；-所述干涉仪还包括位于所述第一光路和所述第二光路的至少ー个中的光楔，用于引入由在所述第一光路和第二光路中的至少ー个上传播的光束产生的图样在所述记录平面上的偏移，以产生差分干涉条纹图样；-所述干涉仪还包括光阑，用于阻止多余的衍射光束。光学系统中两个光学共轭的平面意味着平面之ー是另ー个的光学图像。或者，本发明的用于离轴数字全息显微镜的干涉仪包括-记录平面；-位干与所述记录平面光学共轭的平面中的光柵，所述光栅限定第一光路和第二光路，所述光路对应于不同的衍射级。具有周期d的光栅将入射光束分为若干满足以下条件的光束d(sin θ m+sin Bi) = mA其中，θ m是衍射光束和光栅法线之间的角度，θ ii入射光束和光栅法线之间的角度，λ是光波长，m是称为“衍射级”的整数。对应于直接透射(或者在反射光栅的情形下为镜面反射)的光被称为零级，表示为m = 0。其他光束出现在由非零整数m表示的角度上。注意，m可以为正或负，导致在零级光束的两侧上的衍射级。优选地，所述干涉仪还包括第一透镜，所述光栅位于所述第一透镜的后焦面中。有利地，所述干涉仪还包括第二透镜，所述光栅位于所述第二透镜的前焦面中。优选地，所述干涉仪还包括光耦合至所述第二透镜的第三透镜，所述记录平面位于所述第三透镜的后焦面中。优选地，所述干涉仪还包括位于所述第一光路和所述第二光路的至少ー个中的光楔，用于引入由在所述第一光路和第二光路中的至少ー个上传播的光束产生的图样在所述记录平面上的偏移，以产生差分干涉条纹图样。有利地，所述干涉仪包括光阑，在使用时能够阻止光栅产生的多余光束。本发明的第二方面涉及ー种数字全息显微镜，包括-如本文上述的干涉仪；-显微镜物镜；-目标单元，能够将要研究的样本保持位于所述显微镜物镜的前焦面中，且所述目标单元与所述记录平面光学共轭；-部分相干光源，能够产生第一部分相干光束。根据特定优选实施例，本发明的数字全息显微镜还公开了以下特征中的至少ー个或者适当组合-所述目标単元由所述第一光束照射，所述显微镜物镜位于所述干涉仪的前面；-所述数字全息显微镜还包括〇包括第一分束器和第二分束器的马克-增德干涉仪，所述第一分束器能够将所述第一光束分为第二光束和第三光束；〇第一透镜，位于所述第三光束的光路中，用于将所述第三光束聚焦到所述光栅上；〇第二透镜，与所述第一透镜具有相同的光轴并且位于所述光栅的焦距处，用于产生至少一束非零级衍射光束，所述第二分束器被布置用于将所述第二光束和所述衍射光束重新合并为重组光束；〇光阑，用于阻止所述第三光束的零级衍射光；〇记录装置，能够记录第二光束和衍射光束之间的相互作用产生干涉测量信号， 所述记录装置位于所述干涉仪的记录平面中；〇聚焦装置，用于将所述重组光束聚焦到所述记录装置上，所述第一透镜、第二透镜和光栅形成如上所述的干涉仪，所述第二光束和第三光束的光路径基本上相当(除了光栅和光阑)；-样本保持器和显微镜物镜位于所述第一分束器的前面，形成差分全息配置；-样本保持器和显微镜物镜位于第二光束的光路中；-第二显微镜物镜位于第三光束的光路中；-所述数字全息显微镜还包括补偿装置，用于使所述第二光束和第三光束的光路相当；-所述补偿装置包括用于补偿所述样本保持器的装置、和/或用于补偿所述第一透镜和第二透镜的两个透镜；-所述数字全息显微镜还包括位于所述第二光束光路上的用于照射反射目标的第三分束器以及位于所述第三光束光路上的用于照射參考反射镜的第四分束器，形成马克-增德结构。-所述部分相干光源包括从包括LED、气体放电灯和脉冲激光器的组中选择的照
射装置；-所述部分相干光源包括热光源，该热光源优选地被过滤以减小其谱宽；-所述部分相干光源还包括用于产生部分相干光束的第一照射透镜、屏幕中的小孔和第二照射透镜；-所述记录装置是色敏记录装置，且光源同时产生至少三个単独的波长用于记录彩色全息干涉图，优选地，所述单独的波长对应于用于色彩重构的青、洋红和黄(CMY)或者红、绿、蓝(RG^ ；-所述光源包括至少三个不同波长的LED；-所述数字全息显微镜还包括光耦合到所述样本保持器的荧光激励源；-所述数字全息显微镜还包括屏障滤光片以避免来自所述激励源的光透射到达记录平面。“基本上相当”意味着第二光束和第三光束的光路引入小于光源的相干长度的相移。这可以通过使光路长度相当以及通过除了光栅、光阑和最终要观察的目标以外在两条光路上在距离光源的相同距离处引入相同的光有源元件来获得。本发明的第三方面涉及ー种用于产生两束非平行时间部分相干光束之间的条纹对比的方法，所述方法包括以下步骤-提供入射光束，所述入射光束为时间部分相干的，-将所述入射光束聚焦在光栅上用于产生至少两束衍射光束，-将所述衍射光束聚焦至无限远处用于获得与入射光束平行的平行衍射光束，-将所述平行衍射光束聚集在所述记录平面上，产生与记录平面中的位置无关的条纹对比。衍射光束可以是零级或者非零级衍射光束，非零级光束产生离轴光束。 本发明的第四方面涉及ー种用于记录离轴数字全息图的方法，包括以下步骤-提供产生第一部分相干光束的部分相干光源，-将第一部分相干光束分为第二光束和第三光束，-将第三光束聚焦在光栅上，用于将所述第三光束分为非零级衍射光束和零级衍射光束，-将非零级衍射光束和零级衍射光束聚焦至无限远处以便获得平行且空间上分开的非零级衍射光束和零级衍射光束，-阻止零级衍射光束，-将非零级衍射光束与第二光束合并为重组光束，-将所述重组光束聚焦到记录装置上以获得离轴干涉图。
0089]图1示出了平面中两束正割(secant)干渉光束之间的相干性的限制；
0090]图2表示根据本发明的干涉仪；
:0091]图3表示包括根据本发明的干涉仪的、工作在差分模式下的透射型数字全息显微镜；
:0092]图4表示包括根据本发明的干涉仪的透射型数字全息显微镜；
0093]图5表示包括根据本发明的干涉仪的反射型数字全息显微镜；
:0094]图6表示包括根据本发明的干涉仪的、工作在差分模式下的透射型数字全息显微
镜；0095]图7表示包括根据本发明的干涉仪的、具有荧光能力的透射型数字全息显微镜。
0096]附图关键词
0097]1.第一光束
0098]2.第二光束
0099]3.第三光束
0100]4.记录装置
0101]5.衍射光束(非零级衍射)
0102]6.非零级衍射平行光束
0103]6'.零级衍射平行光束
0104]7.非衍射光束(或零级衍射)
0105]8.光阑
0106]9.入射光束
0107]10.记录平面
0108]11.用于补偿光楔的补偿装置
0109]12. 2 X相干长度
0110]13.干涉区域
0111]14.相干平面
0112]15.本发明的干涉仪
0113]16.參考反射镜
0114]17.荧光激励光源
0115]Bsl、Bs2、Bs3 和 Bs4 分束器
0116]EF:激励过滤器
0117]G:光栅
0118]L1、L2、L3、L4、L5、L6 和 L6 透镜
0119]Mll和Ml 2 显微镜物镜
0120]M1、M2 禾ロ M3 反射镜
0121]P:屏幕中的小孔
0122]Sa 透射样本或样本保持器
0123]SF:光谱过滤器
0124]So:照射源
0125]RA:旋转组件
Rs 反射样本或样本保持器W:光楔
具体实施例方式在干涉测量中，当使用部分相干光吋，保持入射光在记录平面中的相干性以观察干涉条纹是非常重要的。在很多情形中，干渉条纹是通过将第一(入射)光束分为第二光束和第三光束并且通过在第三光束和第二光束之间引入小的角度来重新合并它们获得的。在该情形中，部分相干光(要分析的光)的小相干长度引入了很强的限制两光束的相干平面不平行，它们仅可以在两个平面相交处的小区域中干渉，当相干平面之间的距离大于相干长度吋，观察不到任何干渉。这在图1中示出，其中垂直于平面的光束与具有偏离平面的离轴α的另ー非平行光束干渉。如图所示，非平行光仅在位于小于相干长度12的距离处的相干平面14的附近相干(能够干涉)，限定了其中观察到干渉的有限区域13。本发明公开了ー种干涉仪，其中，在记录平面的附近干渉光束的相干平面不垂直于光束的传播方向。这带来了以下能力非垂直光束与垂直光束干渉并且产生与记录平面上的位置无关的条纹对比。这使得即使在具有有限相干长度的光(比如LED、气体放电灯.......产生的光)的情形中也能够记录离轴干涉条纹(空间外差条纹)。使用时间部分相干光束作为第一(入射)光束，现有技术干涉仪中的第二和第三光束仅能在相干长度限定的对应区域中干渉。这意味着第二和第三光束之间的光程差和由于光器件引起的相移应当保持为小于光源的相干长度。时间相干性是由时间间隔τ分隔的任何时间对处的波的值之间的平均相关性的度量。它表示彼是否能够与其在不同时刻处的自身干渉。在其上相位或幅度变化显著量 (从而相关性下降显著量)的时间间隔定义为相干时间τ。。在τ =0处，相干度是完整的，而在时间间隔、处它显著下降。相干长度L。定义为波在时间τ。内行进的距离。相干长度可以通过以下公式来估计ぃH^i其中λ是光波长，Δ λ是光源的谱宽，η是传播折射率。对于典型的LED源，这表示几倍波长至几十倍波长。例如，对于具有650nm波长和15nm谱宽(商用LED的典型值) 的LED，相干长度大约为20 λ。这意味着离轴參考光束在记录平面中的任何位置处不能具有多于相干时间的相移。这还意味着參考光束和目标光束之间的角度差引起的条纹的数目不能多于大约20，这是很强的限制。受限的相干时间还可以由超短脉冲激光器的脉冲持续时间引起。通常，这样的脉冲激光器具有若干飞秒的脉冲持续时间，因此脉冲长度限于某个波长。在这种情况下，相干时间等于脉冲持续时间。另ー方面，这意味着參考光束和目标光束之间的角度差引起的条纹的数目不能多于表示脉冲长度的波长的数目。优选地，为了在两种情形中避免该限制，本发明利用了衍射光栅的特定性质用于产生离轴參考光束，而不破坏记录平面中干渉光束的时间相干性。在本发明的干涉仪15中，衍射光栅G放置在透镜L5的后焦面中，透镜L5放置在入
衍射光束平行于L7的光轴但是不集中在该光轴上，L7将向所述衍射光束提供离轴角。或者，干渉光束可以是具有不同衍射级的任何一对衍射光束。例如，可以选择+1 级衍射光束作为參考光束，并且可以选择-1级对称衍射光束作为目标光束。优选地，使用光阑来阻止所选择的两束衍射光束以外的所有光束在记录平面上干渉。可以示出，在这样的配置中，光栅不妨碍任何非零级衍射光束的时间相干性。时间相干性与光路程有关。因此，这等价于证明在给定时间处照射L5和L4的后焦面的光时间脉冲将同时照射L7的整个后焦面。认为其透明度由g(x，y) = (l+SinKX)/2限定的光栅G由幅度A的単色平面波照射。假定透镜对L6-L7是无聚焦系统(L6-L7形成4f型系统)，记录平面中的幅度由下式给出
权利要求
1.ー种用于离轴数字全息显微镜的干涉仪(15)，包括 -记录平面(10)；-光栅(G)，所述光栅位干与所述记录平面(10)光学共轭的平面内，所述光栅(G)限定第一光路和第二光路，所述光路对应于不同的衍射级。
2.根据权利要求1所述的干渉仪，还包括第一透镜(L5)，所述光栅(G)位于所述第一透镜的后焦面中。
3.根据权利要求2所述的干渉仪，还包括第二透镜(L6)，所述光栅(G)位于所述第二透镜(L6)的前焦面中；以及第三透镜(L7)，所述第三透镜(L7)光耦合至所述第二透镜(L6)，所述记录平面(10) 位于所述第三透镜(L7)的后焦面中。
4.根据前述权利要求中的任意一项所述的干渉仪，还包括光阑(8)，所述光阑(8)在使用时能够阻止所述光栅(G)产生的多余光束。
5.ー种数字全息显微镜，包括-根据前述权利要求中的任意一项所述的干涉仪(15)； -显微镜物镜(MLl)；-目标单元(な)，所述目标単元(Sa)能够使要研究的标本位于所述显微镜物镜的前焦面中，且所述目标单元(Sa)与所述记录平面(10)光学共轭；-部分相干光源，所述部分相干光源能够产生第一部分相干光束(1)。
6.根据权利要求5所述的数字全息显微镜，其中所述目标単元(Sa)由所述第一光束 (1)照射，所述显微镜物镜(MLl)位于所述干涉仪(1 的前面，并且其中光楔在所述干涉仪的所述第二光路中设置光楔(W)，用于产生差分全息图。
7.根据权利要求5所述的数字全息显微镜，还包括-包括第一分束器(Bsl)和第二分束器(Bs2)的马克-增德干涉仪，所述第一分束器 (Bsl)能够将所述第一光束分为第二光束( 和第三光束(3)；-第一透镜(L5)，所述第一透镜(ほ)位于所述第三光束(3)的光路中，用于将所述第三光束聚焦在所述光栅(G)上；-第二透镜(L6)，所述第二透镜(L6)具有与所述第一透镜(ほ)相同的光轴并且位于所述光栅(G)的焦距处，用于产生至少一束非零级衍射光束，并且所述第二分束器(Bs2)被布置用于将所述第二光束和所述衍射光束重新組合为重组光束； -光阑，所述光阑用于阻止所述第三光束的零级衍射光；-记录装置，所述记录装置能够记录由所述第二光束和所述衍射光束之间的相互作用产生的干涉测量信号，所述记录装置位于所述干涉仪(1 的所述记录平面(10)中； -聚焦(L7)装置，所述聚焦装置用于将所述重组光束聚焦到所述记录装置上， 所述第一透镜、第二透镜和所述光栅形成根据权利要求1至5所述的干涉仪，且所述第 ニ光束和所述第三光束的光路径基本上相当。
8.根据权利要求7所述的数字全息显微镜，其中所述样本保持器(Sa)和所述显微镜物镜位于所述第一分束器(Bsl)的前面，形成差分全息配置。
9.根据权利要求7所述的数字全息显微镜，其中所述样本保持器和所述显微镜物镜 (Mil)位于所述第二光束O)的光路中。
10.根据权利要求9所述的数字全息显微镜，其中第二显微镜物镜(MU)位于所述第三光束(3)的光路中。
11.根据权利要求7所述的数字全息显微镜，还包括放置在所述第二光束的路径上用于照射反射目标(Ra)的第三分束器(BS3)以及放置在所述第三光束的路径上用于照射參考反射镜(16)的第四分束器(BS4)，形成马克-增德结构。
12.根据权利要求6至12中任意一项所述的数字全息显微镜，其中所述部分相干光源包括从包括发光ニ极管、气体放电灯、热源和脉冲激光器的组中选择的照射装置(So)。
13.根据权利要求5至12中任意一项所述的数字全息显微镜，其中所述记录装置是色敏记录装置，且所述光源同时产生至少三个単独的波长用于记录彩色全息干渉图。
14.根据权利要求13所述的数字全息显微镜，其中所述光源包括至少三个不同波长的发光二极管。
15.根据权利要求13或14所述的数字全息显微镜，其中所述单独的波长对应于用于色彩重构的青、洋红和黄(CMY)或者红、緑、蓝(RGB)。
16.根据权利要求5至15中任意一项所述的数字全息显微镜，包括光耦合到所述样本保持器的荧光激励源(17)。
17.一种用于产生两束非平行时间部分相干光束之间的干渉条纹对比的方法，所述方法包括以下步骤-提供入射光束(9)，所述入射光束为时间部分相干的； -将所述入射光束聚焦在光栅(G)上，用于产生至少两束衍射光束(5、7)； -将所述衍射光束聚焦至无限远处，用于获得与所述入射光束(9)平行的平行衍射光束(6,6')；-将所述平行衍射光束聚集在记录平面上，产生与所述记录平面中的位置无关的条纹对比。
18.ー种用于记录离轴数字全息图的方法，包括以下步骤 -提供产生第一部分相干光束(1)的部分相干光源；-将所述第一部分相干光束分为第二光束( 和第三光束(3)； -将所述第三光束( 聚焦在光栅(G)上，用于将所述第三光束( 分为非零级衍射光束(5)和零级衍射光束(7)；-将所述非零级衍射光束和零级衍射光束聚焦至无限远处以便获得平行且空间上分开的非零级衍射光束(6)和零级衍射光束(6')； -阻止所述零级衍射光束；-将所述非零级衍射光束(6)与所述第二光束( 合并为重组光束； -将所述重组光束聚焦到记录装置上以获得离轴干涉图。
全文摘要
本发明涉及一种用于离轴数字全息显微镜的干涉仪(15)，所述干涉仪(15)包括-记录平面(10)；-光栅(G)，位于与所述记录平面(10)光学共轭的平面内，所述光栅(G)限定第一光路和第二光路，所述光路对应于不同的衍射级。
文档编号G02B21/00GK102576209SQ201080044835
公开日2012年7月11日 申请日期2010年10月5日 优先权日2009年10月8日
发明者凯瑟琳·尤拉索斯基, 弗兰克·杜波依斯 申请人:布鲁塞尔大学
技术领域：
本发明涉及一种离轴干涉仪及其在设备中的使用，以及ー种用于离轴数字全息显微镜的方法。
背景技术：
在现有技术的干涉仪中，入射光束通常分割为目标光束和參考光束，然后重新合并到记录平面上，在该记录平面上，目标光束和參考光束干涉产生干渉条纹。这样的装置的目的是测量光的复幅度(即，相位和幅度信息)。通常，在这样的測量中使用的光具有高相干性，比如激光器产生的光。这有若干缺点，比如相干噪声(散斑场)的出现以及与高相干光源相关联的高成本。在很多情形中，在目标光束和參考光束之间引入小的角度以便获得低频空间外差条纹，比如US70(^691中所公开的。由于干涉仪轴和干渉光束之一之间的非零角度，因此这类配置通常被称为离轴配置。在这样的离轴配置中，必须使用高相干入射光来观察干渉如果參考光束和目标光束之间的路径长度差大于入射光束的相干长度，则无法观察到任何干渉，从而丢失相位
イロ‘ ；Ε、。这意味着，对于时间部分相干光，由小角度在记录平面上的不同位置处引入的路径长度的差可能足以破坏相干性，因此将只能在保持相干性的部分记录平面中观察到干渉。—般而言，相位和幅度(或复幅度)信息的记录是全息技术、更具体地是数字全息显微镜(DHM)的基础。在DHM中，使用电荷耦合器件(CXD)摄像机来记录全息图，并且由计算机执行对所观察的样本的三维模型的重构。通过使用干渉仪来获得全息图。该过程提供了用于对厚样本的深度图像逐片地重聚焦的高效工具。对于作为生物样本的观察的多种应用，DHM允许获得定量相衬成像。深度重建能力使得DHM成为用于实现三维(3D)速度仪的有力工具。由于数字全息术提供复幅度，因此实现了有力的处理方法，比如自动重聚焦、像差补偿、3D图样识别、分离和边界处理。采用分离的目标光束和參考光束的数字全息术的原理，包括从所记录的目标光束和參考光束之间的干涉图样中提取目标光束的复幅度信息。然后，复幅度信息可以被处理用于计算数字重聚焦以及用于执行定量相衬成像。存在两种主要配置类型在线配置和离轴配置。通常通过使用干涉仪比如马克-增德(Mach-Zehhder)干涉仪和迈克尔逊 (Michelon)干涉仪获得复幅度。在在线配置中，如L. Yamaguchi 等人在“phase-shifting digital holography”， Opt. Lett. 22，1268-1270(1997)中所公开的，入射在摄像机传感器上的參考光束和目标光束之间的角度尽可能小。复幅度的计算需要相位步进方法，其中，随着在目标光束和參考光束之间引入小的光路变化来记录若干个干涉测量图像。通过将若干个干涉测量图像实现为公式来计算光相位信息。在线配置的主要缺点是需要順序记录若干个干涉测量图像，由于摄像机帧速率这限制了获取速度。实际上，在花费若干帧记录的时间的完成获取期间目标必须保持静止。在离轴配置中，比如US 6, 525, 821 和 Takeda 等在“ Fourier-transform method of fringe-pattern analysis ior computer-based topography and interferometry, ” J. Opt. Soc. Am. 72，156-160 (1982)中所公开的，在目标光束和參考光束之间存在非零平均角度，这使得能够仅根据ー个记录的干渉测量图像来计算复幅度。对于在线配置，这是ー个用于快速变化的现象的分析的决定性优点。但是，在那些配置中使用马克-增德干渉仪或迈克尔逊干涉仪要求高时间相干性的光源。否则，由于在目标光束和參考光束之间的视场上的可变光延迟，导致条纹调制不是恒定的。如 Dubois 等在‘-improved three-dimensional imaging with digital holography microscope using a partial spatial coherent source，，Appl· Opt. 38， 7085-7094(1999)所公开的，部分相干光源的使用通过减小相干假象(artefact)噪声改善了全息记录的质量，最有效的噪声减小是通过使用空间部分相干光源获得的。这种类型的光源是通过降低激光光束的相干性质获得的，或者是通过由光过滤系统来提高比如发光二极管的非相干源的空间相干性获得的。采用用于降低激光的空间相干性的通常设置，激光光束聚焦到接近于移动的毛玻璃。对于给定位置的毛玻璃，透射过样本的光是散斑场。当毛玻璃移动时，且假定曝光时间足够长以获得平均效果，可以看出这种类型的源等效于其空间相干距离等于平均散斑场的空间部分相干光源。这种用于制备光源的方法保持了高度的时间相干性，这使得能够采用离轴方法。但是，当要求短的曝光时间时，产生光源波动。实际上，难以实现足够快地移动毛玻璃来记录要求短曝光时间的动态目标。采用提高非相干光源或者非激光光源的空间相干性的设置，保持了时间非相干性质。在这样的情形中，不可能实现离轴配置，也不可能在单个帧中记录全部的复幅度信息。关于样本的放置，可以限定两种主要类型的配置如EP 1631788中所公开的差分配置，其中样本位于干涉仪之前；以及如EP 1399730中所限定的经典配置，其中样本位于干涉仪的ー个臂上。在文^:“resolution—enhanced approaches in digital holography， (Optical Measurement systems for Industrial inspection VI，Proc. Of SPIE，Vol. 7389, 738905-1)中，Paturzo等公开了ー种装置，其中使用光栅以提高分辨率。在所公开的设置中，使用若干衍射光路来増大光学系统的数值孔径。那些不同的衍射光路离轴撞击记录平面，但是，不保持空间和时间相干性。如将要在本发明的具体实施方式
中所说明的，这意味着，对于所有的光路，在目标平面中的狄拉克δ (delta Dirac)形式的光強度脉冲将不同时到达整个记录平面。因此，在非相干光源的情形中，在记录平面的某些部分将丢失相位信肩、ο本发明的目的本发明意在提供ー种克服现有技术的干渉仪的缺点的干涉仪。更具体地，本发明意在提供ー种能够采用部分相干光源工作的离轴干涉仪。本发明还意在提供数字全息显微镜(DHM)配置，使得能够使用采用部分时间相干源和/或采用空间相干源的离轴配置。这带来以很低的噪声水平实现快速彩色数字全息记录的能力。本发明还意在提供数字全息显微镜，使得能够采用离轴配置使用从非相干源产生的部分相干源。这是显著的改进，因为它允许以快速模式操作显微镜，而没有由采用激光的配置导致的波动(相干噪声)的缺点。而且，该配置使得能够使用低成本源比如LED，且提供了同时记录红绿蓝全息图的可能性，以在无相干噪声的情况下提供全色数字全息显微镜。
发明内容
本发明的第一方面涉及ー种用于离轴数字全息显微镜的干涉仪，所述干涉仪包括-垂直于所述干涉仪的光轴的记录平面；-限定入射到所述记录平面上的第一光路和第二光路的光学装置，并且所述第一光路和第二光路平行，所述光学装置特征在于沿着所述第一光路和第二光路传播的各时间部分相干光束能够干涉并且产生不依赖所述记录平面上的位置的条纹对比。离轴意味着干渉光束中的至少一束关于干涉仪轴具有非零角度，或者等同地，干涉光束是非平行的。根据特定优选实施例，本发明的干涉仪还公开了以下特征中的至少ー个或其适当的組合-所述光学装置包括与所述记录平面光学共轭的光栅以用于产生衍射光束；-所述光栅从包括伦奇(Ronchi)光柵、闪耀衍射光栅和厚(thick)相位全息光栅的组中选择；-所述光学装置还包括第一透镜，所述光栅位于所述第一透镜的后焦面中；-所述光学装置还包括第二透镜，所述光栅位于所述第二透镜的前焦面中；-所述干涉仪还包括第三透镜，所述第三透镜光学耦合至所述第二透镜，且所述记录平面位于所述第三透镜的所述后焦面中；-所述干涉仪还包括位于所述第一光路和所述第二光路的至少ー个中的光楔，用于引入由在所述第一光路和第二光路中的至少ー个上传播的光束产生的图样在所述记录平面上的偏移，以产生差分干涉条纹图样；-所述干涉仪还包括光阑，用于阻止多余的衍射光束。光学系统中两个光学共轭的平面意味着平面之ー是另ー个的光学图像。或者，本发明的用于离轴数字全息显微镜的干涉仪包括-记录平面；-位干与所述记录平面光学共轭的平面中的光柵，所述光栅限定第一光路和第二光路，所述光路对应于不同的衍射级。具有周期d的光栅将入射光束分为若干满足以下条件的光束d(sin θ m+sin Bi) = mA其中，θ m是衍射光束和光栅法线之间的角度，θ ii入射光束和光栅法线之间的角度，λ是光波长，m是称为“衍射级”的整数。对应于直接透射(或者在反射光栅的情形下为镜面反射)的光被称为零级，表示为m = 0。其他光束出现在由非零整数m表示的角度上。注意，m可以为正或负，导致在零级光束的两侧上的衍射级。优选地，所述干涉仪还包括第一透镜，所述光栅位于所述第一透镜的后焦面中。有利地，所述干涉仪还包括第二透镜，所述光栅位于所述第二透镜的前焦面中。优选地，所述干涉仪还包括光耦合至所述第二透镜的第三透镜，所述记录平面位于所述第三透镜的后焦面中。优选地，所述干涉仪还包括位于所述第一光路和所述第二光路的至少ー个中的光楔，用于引入由在所述第一光路和第二光路中的至少ー个上传播的光束产生的图样在所述记录平面上的偏移，以产生差分干涉条纹图样。有利地，所述干涉仪包括光阑，在使用时能够阻止光栅产生的多余光束。本发明的第二方面涉及ー种数字全息显微镜，包括-如本文上述的干涉仪；-显微镜物镜；-目标单元，能够将要研究的样本保持位于所述显微镜物镜的前焦面中，且所述目标单元与所述记录平面光学共轭；-部分相干光源，能够产生第一部分相干光束。根据特定优选实施例，本发明的数字全息显微镜还公开了以下特征中的至少ー个或者适当组合-所述目标単元由所述第一光束照射，所述显微镜物镜位于所述干涉仪的前面；-所述数字全息显微镜还包括〇包括第一分束器和第二分束器的马克-增德干涉仪，所述第一分束器能够将所述第一光束分为第二光束和第三光束；〇第一透镜，位于所述第三光束的光路中，用于将所述第三光束聚焦到所述光栅上；〇第二透镜，与所述第一透镜具有相同的光轴并且位于所述光栅的焦距处，用于产生至少一束非零级衍射光束，所述第二分束器被布置用于将所述第二光束和所述衍射光束重新合并为重组光束；〇光阑，用于阻止所述第三光束的零级衍射光；〇记录装置，能够记录第二光束和衍射光束之间的相互作用产生干涉测量信号， 所述记录装置位于所述干涉仪的记录平面中；〇聚焦装置，用于将所述重组光束聚焦到所述记录装置上，所述第一透镜、第二透镜和光栅形成如上所述的干涉仪，所述第二光束和第三光束的光路径基本上相当(除了光栅和光阑)；-样本保持器和显微镜物镜位于所述第一分束器的前面，形成差分全息配置；-样本保持器和显微镜物镜位于第二光束的光路中；-第二显微镜物镜位于第三光束的光路中；-所述数字全息显微镜还包括补偿装置，用于使所述第二光束和第三光束的光路相当；-所述补偿装置包括用于补偿所述样本保持器的装置、和/或用于补偿所述第一透镜和第二透镜的两个透镜；-所述数字全息显微镜还包括位于所述第二光束光路上的用于照射反射目标的第三分束器以及位于所述第三光束光路上的用于照射參考反射镜的第四分束器，形成马克-增德结构。-所述部分相干光源包括从包括LED、气体放电灯和脉冲激光器的组中选择的照
射装置；-所述部分相干光源包括热光源，该热光源优选地被过滤以减小其谱宽；-所述部分相干光源还包括用于产生部分相干光束的第一照射透镜、屏幕中的小孔和第二照射透镜；-所述记录装置是色敏记录装置，且光源同时产生至少三个単独的波长用于记录彩色全息干涉图，优选地，所述单独的波长对应于用于色彩重构的青、洋红和黄(CMY)或者红、绿、蓝(RG^ ；-所述光源包括至少三个不同波长的LED；-所述数字全息显微镜还包括光耦合到所述样本保持器的荧光激励源；-所述数字全息显微镜还包括屏障滤光片以避免来自所述激励源的光透射到达记录平面。“基本上相当”意味着第二光束和第三光束的光路引入小于光源的相干长度的相移。这可以通过使光路长度相当以及通过除了光栅、光阑和最终要观察的目标以外在两条光路上在距离光源的相同距离处引入相同的光有源元件来获得。本发明的第三方面涉及ー种用于产生两束非平行时间部分相干光束之间的条纹对比的方法，所述方法包括以下步骤-提供入射光束，所述入射光束为时间部分相干的，-将所述入射光束聚焦在光栅上用于产生至少两束衍射光束，-将所述衍射光束聚焦至无限远处用于获得与入射光束平行的平行衍射光束，-将所述平行衍射光束聚集在所述记录平面上，产生与记录平面中的位置无关的条纹对比。衍射光束可以是零级或者非零级衍射光束，非零级光束产生离轴光束。 本发明的第四方面涉及ー种用于记录离轴数字全息图的方法，包括以下步骤-提供产生第一部分相干光束的部分相干光源，-将第一部分相干光束分为第二光束和第三光束，-将第三光束聚焦在光栅上，用于将所述第三光束分为非零级衍射光束和零级衍射光束，-将非零级衍射光束和零级衍射光束聚焦至无限远处以便获得平行且空间上分开的非零级衍射光束和零级衍射光束，-阻止零级衍射光束，-将非零级衍射光束与第二光束合并为重组光束，-将所述重组光束聚焦到记录装置上以获得离轴干涉图。
0089]图1示出了平面中两束正割(secant)干渉光束之间的相干性的限制；
0090]图2表示根据本发明的干涉仪；
:0091]图3表示包括根据本发明的干涉仪的、工作在差分模式下的透射型数字全息显微镜；
:0092]图4表示包括根据本发明的干涉仪的透射型数字全息显微镜；
0093]图5表示包括根据本发明的干涉仪的反射型数字全息显微镜；
:0094]图6表示包括根据本发明的干涉仪的、工作在差分模式下的透射型数字全息显微
镜；0095]图7表示包括根据本发明的干涉仪的、具有荧光能力的透射型数字全息显微镜。
0096]附图关键词
0097]1.第一光束
0098]2.第二光束
0099]3.第三光束
0100]4.记录装置
0101]5.衍射光束(非零级衍射)
0102]6.非零级衍射平行光束
0103]6'.零级衍射平行光束
0104]7.非衍射光束(或零级衍射)
0105]8.光阑
0106]9.入射光束
0107]10.记录平面
0108]11.用于补偿光楔的补偿装置
0109]12. 2 X相干长度
0110]13.干涉区域
0111]14.相干平面
0112]15.本发明的干涉仪
0113]16.參考反射镜
0114]17.荧光激励光源
0115]Bsl、Bs2、Bs3 和 Bs4 分束器
0116]EF:激励过滤器
0117]G:光栅
0118]L1、L2、L3、L4、L5、L6 和 L6 透镜
0119]Mll和Ml 2 显微镜物镜
0120]M1、M2 禾ロ M3 反射镜
0121]P:屏幕中的小孔
0122]Sa 透射样本或样本保持器
0123]SF:光谱过滤器
0124]So:照射源
0125]RA:旋转组件
Rs 反射样本或样本保持器W:光楔
具体实施例方式在干涉测量中，当使用部分相干光吋，保持入射光在记录平面中的相干性以观察干涉条纹是非常重要的。在很多情形中，干渉条纹是通过将第一(入射)光束分为第二光束和第三光束并且通过在第三光束和第二光束之间引入小的角度来重新合并它们获得的。在该情形中，部分相干光(要分析的光)的小相干长度引入了很强的限制两光束的相干平面不平行，它们仅可以在两个平面相交处的小区域中干渉，当相干平面之间的距离大于相干长度吋，观察不到任何干渉。这在图1中示出，其中垂直于平面的光束与具有偏离平面的离轴α的另ー非平行光束干渉。如图所示，非平行光仅在位于小于相干长度12的距离处的相干平面14的附近相干(能够干涉)，限定了其中观察到干渉的有限区域13。本发明公开了ー种干涉仪，其中，在记录平面的附近干渉光束的相干平面不垂直于光束的传播方向。这带来了以下能力非垂直光束与垂直光束干渉并且产生与记录平面上的位置无关的条纹对比。这使得即使在具有有限相干长度的光(比如LED、气体放电灯.......产生的光)的情形中也能够记录离轴干涉条纹(空间外差条纹)。使用时间部分相干光束作为第一(入射)光束，现有技术干涉仪中的第二和第三光束仅能在相干长度限定的对应区域中干渉。这意味着第二和第三光束之间的光程差和由于光器件引起的相移应当保持为小于光源的相干长度。时间相干性是由时间间隔τ分隔的任何时间对处的波的值之间的平均相关性的度量。它表示彼是否能够与其在不同时刻处的自身干渉。在其上相位或幅度变化显著量 (从而相关性下降显著量)的时间间隔定义为相干时间τ。。在τ =0处，相干度是完整的，而在时间间隔、处它显著下降。相干长度L。定义为波在时间τ。内行进的距离。相干长度可以通过以下公式来估计ぃH^i其中λ是光波长，Δ λ是光源的谱宽，η是传播折射率。对于典型的LED源，这表示几倍波长至几十倍波长。例如，对于具有650nm波长和15nm谱宽(商用LED的典型值) 的LED，相干长度大约为20 λ。这意味着离轴參考光束在记录平面中的任何位置处不能具有多于相干时间的相移。这还意味着參考光束和目标光束之间的角度差引起的条纹的数目不能多于大约20，这是很强的限制。受限的相干时间还可以由超短脉冲激光器的脉冲持续时间引起。通常，这样的脉冲激光器具有若干飞秒的脉冲持续时间，因此脉冲长度限于某个波长。在这种情况下，相干时间等于脉冲持续时间。另ー方面，这意味着參考光束和目标光束之间的角度差引起的条纹的数目不能多于表示脉冲长度的波长的数目。优选地，为了在两种情形中避免该限制，本发明利用了衍射光栅的特定性质用于产生离轴參考光束，而不破坏记录平面中干渉光束的时间相干性。在本发明的干涉仪15中，衍射光栅G放置在透镜L5的后焦面中，透镜L5放置在入
衍射光束平行于L7的光轴但是不集中在该光轴上，L7将向所述衍射光束提供离轴角。或者，干渉光束可以是具有不同衍射级的任何一对衍射光束。例如，可以选择+1 级衍射光束作为參考光束，并且可以选择-1级对称衍射光束作为目标光束。优选地，使用光阑来阻止所选择的两束衍射光束以外的所有光束在记录平面上干渉。可以示出，在这样的配置中，光栅不妨碍任何非零级衍射光束的时间相干性。时间相干性与光路程有关。因此，这等价于证明在给定时间处照射L5和L4的后焦面的光时间脉冲将同时照射L7的整个后焦面。认为其透明度由g(x，y) = (l+SinKX)/2限定的光栅G由幅度A的単色平面波照射。假定透镜对L6-L7是无聚焦系统(L6-L7形成4f型系统)，记录平面中的幅度由下式给出
权利要求
1.ー种用于离轴数字全息显微镜的干涉仪(15)，包括 -记录平面(10)；-光栅(G)，所述光栅位干与所述记录平面(10)光学共轭的平面内，所述光栅(G)限定第一光路和第二光路，所述光路对应于不同的衍射级。
2.根据权利要求1所述的干渉仪，还包括第一透镜(L5)，所述光栅(G)位于所述第一透镜的后焦面中。
3.根据权利要求2所述的干渉仪，还包括第二透镜(L6)，所述光栅(G)位于所述第二透镜(L6)的前焦面中；以及第三透镜(L7)，所述第三透镜(L7)光耦合至所述第二透镜(L6)，所述记录平面(10) 位于所述第三透镜(L7)的后焦面中。
4.根据前述权利要求中的任意一项所述的干渉仪，还包括光阑(8)，所述光阑(8)在使用时能够阻止所述光栅(G)产生的多余光束。
5.ー种数字全息显微镜，包括-根据前述权利要求中的任意一项所述的干涉仪(15)； -显微镜物镜(MLl)；-目标单元(な)，所述目标単元(Sa)能够使要研究的标本位于所述显微镜物镜的前焦面中，且所述目标单元(Sa)与所述记录平面(10)光学共轭；-部分相干光源，所述部分相干光源能够产生第一部分相干光束(1)。
6.根据权利要求5所述的数字全息显微镜，其中所述目标単元(Sa)由所述第一光束 (1)照射，所述显微镜物镜(MLl)位于所述干涉仪(1 的前面，并且其中光楔在所述干涉仪的所述第二光路中设置光楔(W)，用于产生差分全息图。
7.根据权利要求5所述的数字全息显微镜，还包括-包括第一分束器(Bsl)和第二分束器(Bs2)的马克-增德干涉仪，所述第一分束器 (Bsl)能够将所述第一光束分为第二光束( 和第三光束(3)；-第一透镜(L5)，所述第一透镜(ほ)位于所述第三光束(3)的光路中，用于将所述第三光束聚焦在所述光栅(G)上；-第二透镜(L6)，所述第二透镜(L6)具有与所述第一透镜(ほ)相同的光轴并且位于所述光栅(G)的焦距处，用于产生至少一束非零级衍射光束，并且所述第二分束器(Bs2)被布置用于将所述第二光束和所述衍射光束重新組合为重组光束； -光阑，所述光阑用于阻止所述第三光束的零级衍射光；-记录装置，所述记录装置能够记录由所述第二光束和所述衍射光束之间的相互作用产生的干涉测量信号，所述记录装置位于所述干涉仪(1 的所述记录平面(10)中； -聚焦(L7)装置，所述聚焦装置用于将所述重组光束聚焦到所述记录装置上， 所述第一透镜、第二透镜和所述光栅形成根据权利要求1至5所述的干涉仪，且所述第 ニ光束和所述第三光束的光路径基本上相当。
8.根据权利要求7所述的数字全息显微镜，其中所述样本保持器(Sa)和所述显微镜物镜位于所述第一分束器(Bsl)的前面，形成差分全息配置。
9.根据权利要求7所述的数字全息显微镜，其中所述样本保持器和所述显微镜物镜 (Mil)位于所述第二光束O)的光路中。
10.根据权利要求9所述的数字全息显微镜，其中第二显微镜物镜(MU)位于所述第三光束(3)的光路中。
11.根据权利要求7所述的数字全息显微镜，还包括放置在所述第二光束的路径上用于照射反射目标(Ra)的第三分束器(BS3)以及放置在所述第三光束的路径上用于照射參考反射镜(16)的第四分束器(BS4)，形成马克-增德结构。
12.根据权利要求6至12中任意一项所述的数字全息显微镜，其中所述部分相干光源包括从包括发光ニ极管、气体放电灯、热源和脉冲激光器的组中选择的照射装置(So)。
13.根据权利要求5至12中任意一项所述的数字全息显微镜，其中所述记录装置是色敏记录装置，且所述光源同时产生至少三个単独的波长用于记录彩色全息干渉图。
14.根据权利要求13所述的数字全息显微镜，其中所述光源包括至少三个不同波长的发光二极管。
15.根据权利要求13或14所述的数字全息显微镜，其中所述单独的波长对应于用于色彩重构的青、洋红和黄(CMY)或者红、緑、蓝(RGB)。
16.根据权利要求5至15中任意一项所述的数字全息显微镜，包括光耦合到所述样本保持器的荧光激励源(17)。
17.一种用于产生两束非平行时间部分相干光束之间的干渉条纹对比的方法，所述方法包括以下步骤-提供入射光束(9)，所述入射光束为时间部分相干的； -将所述入射光束聚焦在光栅(G)上，用于产生至少两束衍射光束(5、7)； -将所述衍射光束聚焦至无限远处，用于获得与所述入射光束(9)平行的平行衍射光束(6,6')；-将所述平行衍射光束聚集在记录平面上，产生与所述记录平面中的位置无关的条纹对比。
18.ー种用于记录离轴数字全息图的方法，包括以下步骤 -提供产生第一部分相干光束(1)的部分相干光源；-将所述第一部分相干光束分为第二光束( 和第三光束(3)； -将所述第三光束( 聚焦在光栅(G)上，用于将所述第三光束( 分为非零级衍射光束(5)和零级衍射光束(7)；-将所述非零级衍射光束和零级衍射光束聚焦至无限远处以便获得平行且空间上分开的非零级衍射光束(6)和零级衍射光束(6')； -阻止所述零级衍射光束；-将所述非零级衍射光束(6)与所述第二光束( 合并为重组光束； -将所述重组光束聚焦到记录装置上以获得离轴干涉图。
全文摘要
本发明涉及一种用于离轴数字全息显微镜的干涉仪(15)，所述干涉仪(15)包括-记录平面(10)；-光栅(G)，位于与所述记录平面(10)光学共轭的平面内，所述光栅(G)限定第一光路和第二光路，所述光路对应于不同的衍射级。
文档编号G02B21/00GK102576209SQ201080044835
公开日2012年7月11日 申请日期2010年10月5日 优先权日2009年10月8日
发明者凯瑟琳·尤拉索斯基, 弗兰克·杜波依斯 申请人:布鲁塞尔大学
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