双Lloyd镜数字全息显微测量术-论文.pdf

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．10(2014)104207g~Lloyd镜数字全息显微测量术木袁飞袁操今聂守平朱竹青马青玉李莹朱文艳冯少彤十(南京师范大学江苏省光电技术重点实验室，南京210023)(2013年11月7日收到；2014年1月10目收到修改稿)提出了一种双Lloyd镜数字全息显微测量技术．其基本思想是将Lloyd镜的共光束自干涉特性与双波长光学相位解包裹方法相结合，使用两个Lloyd镜调节参考光与物光夹角以形成共光束白干涉，从而获得一张双波长复合全息图，再通过角谱法再现得到每个波长对应的包裹相

2、位，利用两波长的相位差求得解包裹后的相位图和三维高度分布图．采用532和632nm两波长记录全息图，通过数值再现重构被测物体的振幅和相位信息．与标定值相比，实验值的误差小于5％，证明了该方法的有效性．关键词：全息，双波长数字全息，光学相位解包裹，Lloyd镜PACS：42．40．一i，42．40．Kw，42．40．HtDOh10．7498／aps．63．104207测量领域[3-6】．但由于数字全息显微术采用反正1引言切函数来获取物体的相位分布，故受函数周期性以及主值区间的限制，当光经过物体后产生的最大光随着微电子技术、生物技术、

3、光通信技术以及程差大于所用光波波长时，计算获得的物体相位分材料科学的飞速发展，使得在很多领域都需要对微布是包裹在(一丌1丌]之间，所以还需要进行相位解小物体做非接触三维形貌测量．传统的微观测量包裹以获取真实相位分布．但是目前的相位解包技术有机械探针式测量技术和光学探针式测量技裹算法大多存在一定的问题，尚未寻找到一种误差术[1．21．这两种技术都存在缺点：前者为接触式测较小且广泛适用的算法，这使得物体表面形貌的测量容易对被测物体造成损伤且分辨率也受限于量具有一定难度尤其是对于一些结构复杂或者表探针的外形尺寸；后者探针获得的数据为点数

4、据，面梯度较大的物体【7，引．双波长数字全息显微技术需要配合高精度的扫描技术才能达到形貌测量的是利用两种不同波长的光波对物体拍摄全息图，主目的．20世纪80年代出现了扫描隧道显微镜以及要利用等效波长这一概念来增大测量范围，从而原子力显微镜，这两种三维形貌测量仪的横向分辨实现对物体的形貌测量，并有效地解决了相位包率和纵向分辨率均分别达到纳米量级和亚纳米量裹的问题．目前对于这一方面的研究己取得了一级，它们能够测量到分子甚至原子量级的形貌特定的成果，如美国南佛罗里达大学的Myung研究征．但显微镜设备昂贵且对活体生物硬化处理时不组0】利

5、用双波长预放大数字全息技术成功获取能完全避免“非入侵”从而致使该技术仍不适合广了细胞三维形貌，瑞士洛桑联邦理工学院的Jonas泛普及．等[11]通过双波长技术成功测得了CHO细胞的体与传统显微技术相比，数字全息显微术是一种积和折射率．然而这些技术的光路大多比较复杂，具有对微结构非接触、无损伤、高分辨率以及快速稳定性要求较高，因而不适合现场测量．美国康涅处理成像等优点的测量技术，并能实现活体样本的狄格大学的Vani等[12]为了简化光路并增强光路测量，无需硬化处理，因此其已广泛应用于微结构的稳定性，将Lloyd镜运用到全息显微术中，

6、成功国家自然科学基金(批准号：61377003，11274176)资助的课题t通讯作者．E—mail：fengshaotong@njnu．edu．cn◎2014中国物理学会ChinesePhysicalSocietyttp：／／wuli~b．iphy．ac．cn104207．1物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．10(2014)104207通过多次实验测量和计算，我们测得的小球LiJC，LouYL，GuiJB，PengZJ，SongQH2013高度分布在4．70—5．10岬之间，与标定值4．87pznActaPh

7、ys．Sin．62124203(inChinese)[李俊昌，楼宇丽，桂进斌，彭祖杰．宋庆和2013物理学报62124203]相比，本文实验值的误差不超过5％，在可以接受的WangHY，ZhangZH，LiaoW，SongXF，GuoZJ，Liu范围内．这证明了本文提出的双Lloyd镜数字全息FF2012ActaPhys．Sin．61044208(inChinese)【王华显微测量方法的可行性．英，张志会，廖薇，宋修法，郭中甲，刘飞飞2012物理学报61044208】WangHY，LiuFF，LiaoW，SongXF，YuMJ，L

8、iuZ4结论Q2013ActaPhys．Sin．62054208(inChinese)【王华英，刘飞飞，廖薇，宋修法，于梦杰，刘佐强2013物理学报62结合Lloyd镜的共光束白干涉特性与双波长光054208】学相位解包裹方法，本文提出了双Lloy