【摘要】：數(shù)字全息顯微是數(shù)字全息和光學(xué)顯微相結(jié)合的一種干涉成像技術(shù)，它可以獲得微觀樣品的復(fù)振幅分布，可以在計(jì)算機(jī)中完成數(shù)值聚焦、相位補(bǔ)償?shù)裙δ�。在�?shù)字全息顯微中，利用復(fù)振幅中的相位，可以得到樣品表面軸向分辨率可達(dá)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(shí)現(xiàn)相襯成像。數(shù)字全息相襯顯微技術(shù)為微結(jié)構(gòu)形貌測(cè)量、生物細(xì)胞成像、微流控測(cè)量等領(lǐng)域提供了一種非接觸、實(shí)時(shí)和全場(chǎng)測(cè)量的手段。 本論文旨在探索低相位噪聲、大的無(wú)包裹相位成像深度、高穩(wěn)定性的相襯顯微技術(shù)。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(zhǎng)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(zhǎng)干涉測(cè)量中的噪聲放大問(wèn)題，擴(kuò)展了無(wú)包裹相位成像的范圍；構(gòu)建了兩種反射式點(diǎn)衍射數(shù)字全息顯微裝置，提高了測(cè)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(guò)一次曝光記錄可獲得離軸數(shù)字全息圖，全息圖在整個(gè)視場(chǎng)中都具有均勻且最優(yōu)的對(duì)比度。它具有低相位噪聲和實(shí)時(shí)測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，為微納結(jié)構(gòu)、MEMS表面的測(cè)量提供了一種高精度的解決方案，可用于運(yùn)動(dòng)物體或動(dòng)態(tài)過(guò)程的實(shí)時(shí)觀測(cè)。 2、利用兩步盲相移算法，在Linnik干涉儀的基礎(chǔ)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(shí)驗(yàn)中，，通過(guò)機(jī)械移動(dòng)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(guò)傅里葉分析在頻域獲得，進(jìn)而重建出物光波的復(fù)振幅分布。對(duì)實(shí)驗(yàn)中用到的兩步盲相移算法的性能進(jìn)行了分析、比較。該方案的優(yōu)點(diǎn)是低成本、低位相噪聲以及光路調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單。 3、提出了采用小波濾噪的方法解決雙波長(zhǎng)相位成像中的噪聲放大問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了波長(zhǎng)間隔為20nm的兩個(gè)LED光源照明的雙波長(zhǎng)數(shù)字全息顯微。實(shí)驗(yàn)中用到的兩個(gè)LED的中心波長(zhǎng)分別為630nm和650nm，合成波長(zhǎng)為20.475m。雖然擴(kuò)展了相位測(cè)量中的無(wú)包裹相位成像范圍，但是，此時(shí)的相位噪聲與單一波長(zhǎng)時(shí)的噪聲相比放大了2×20.475/0.63=65倍。模擬與實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)測(cè)量時(shí)的水平。 4、提出了基于反射式點(diǎn)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(shù)，依次記錄4幅相移干涉圖，消除了零級(jí)和共軛像。該裝置具有物參共路的特點(diǎn)和長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性。 5、提出了基于同軸反射式點(diǎn)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(guò)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(dòng)態(tài)變化過(guò)程的定量測(cè)量。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院（西安光學(xué)精密機(jī)械研究所）
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM923.34;TN26

【參考文獻(xiàn)】

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1 Vijay Raj Singh;Anand Asundi;;In-line digital holography for dynamic metrology of MEMS(Invited Paper)[J];Chinese Optics Letters;2009年12期

2 秦怡;鐘金鋼;;Quality evaluation of phase reconstruction in LED-based digital holography[J];Chinese Optics Letters;2009年12期

3 鄭娟娟;姚保利;Romano A. Rupp;葉彤;郜鵬;閔俊偉;郭榮禮;;Dual-channel phase-shifting interferometry for microscopy with second wavelength assistance[J];Chinese Optics Letters;2012年01期

4 秦怡;鐘金鋼;;基于發(fā)光二極管的弱相干光數(shù)字全息理論與實(shí)驗(yàn)研究[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2010年08期

5 王云新;王大勇;趙潔;楊怡殊;肖向茜;崔華坤;;Non-invasive monitoring of living cell culture by lensless digital holography imaging[J];Chinese Optics Letters;2011年03期

6 劉長(zhǎng)庚;王大勇;張亦卓;趙潔;萬(wàn)玉紅;江竹青;;數(shù)字全息成像中基于導(dǎo)數(shù)的自動(dòng)對(duì)焦算法[J];中國(guó)激光;2009年11期

本文編號(hào)：2401839