基于正交双光栅的同步移相干涉显微检测装置及检测方法

摘要

基于正交双光栅的同步移相干涉显微检测装置及检测方法，属于光学干涉显微检测技术领域。它解决了现有同步相移干涉显微检测方法实现待测物体相位恢复的数据处理复杂的问题。它将干涉显微技术和正交双光栅分光同步移相技术相结合，来实现对待测物体相貌的检测，将线偏振光经第一偏振分光棱镜分成物光束和参考光束，再并排汇合于第二偏振分光棱镜，最后经由图像传感器及与图像传感器相连的计算机采集获得一幅含有四个图样的干涉图，再利用四步相移公式计算待测物体的相位分布；在操作中不需要改变光路，也不需要移动任何装置组件。本发明适用于对待测物体的相貌检测。

主权项

一种基于正交双光栅的同步移相干涉显微检测装置，它包括光源(1)，其特征在于：它还包括线偏振片(2)、第一偏振分光棱镜(3)、第一准直扩束系统(4)、待测物体(5)、显微物镜(6)、校正物镜(7)、第一反射镜(8)、第二反射镜(9)、第二准直扩束系统(10)、第二偏振分光棱镜(11)、λ/4波片(12)、矩形窗口(13)、第一傅里叶透镜(14)、一维周期幅度光栅(15)、一维周期相位光栅(16)、第二傅里叶透镜(17)、四象限偏振片组(18)、图像传感器(19)和计算机(20)，其中λ为光源(1)发射光束的光波长，一维周期幅度光栅(15)和一维周期相位光栅(16)组成双光栅，一维周期幅度光栅(15)和一维周期相位光栅(16)按照光栅线方向正交放置；光源(1)发射的光束经线偏振片(2)后入射至第一偏振分光棱镜(3)，第一偏振分光棱镜(3)的反射光束入射至第一准直扩束系统(4)的光接收面，经第一准直扩束系统(4)准直扩束后的出射光束依次经待测物体(5)、显微物镜(6)和校正物镜(7)后，入射至第一反射镜(8)，第一反射镜(8)的反射光束作为物光束入射至第二偏振分光棱镜(11)；第一偏振分光棱镜(3)的透射光束经第二反射镜(9)反射后入射至第二准直扩束系统(10)的光接收面，经第二准直扩束系统(10)准直扩束后的出射光束作为参考光束入射至第二偏振分光棱镜(11)；汇合于第二偏振分光棱镜(11)的物光束和参考光束经过λ/4波片(12)和矩形窗口(13)后入射至第一傅里叶透镜(14)，经第一傅里叶透镜(14)汇聚后的出射光束通过由一维周期幅度光栅(15)和一维周期相位光栅(16)组成的双光栅后入射至第二傅里叶透镜(17)，经第二傅里叶透镜(17)透射后的出射光束入射至四象限偏振片组(18)，该四象限偏振片组(18)的出射光束由图像传感器(19)的光接收面接收，图像传感器(19)的信号输出端连接计算机(20)的图像信号输入端；以第一傅里叶透镜(14)光轴的方向为z轴方向建立xyz三维直角坐标系，所述矩形窗口(13)沿垂直于光轴的方向设置，并且沿x轴方向均分为两个小窗口；第一傅里叶透镜(14)和第二傅里叶透镜(17)的焦距均为f；矩形窗口(13)位于第一傅里叶透镜(14)的前焦面上；一维周期幅度光栅(15)和一维周期相位光栅(16)组成的双光栅位于第一傅里叶透镜(14)的后焦面上并且位于第二傅里叶透镜(17)的前焦面上；图像传感器(19)位于第二傅里叶透镜(17)的后焦面上；一维周期幅度光栅(15)的周期d与矩形窗口(13)沿x轴方向的长度L之间满足关系：d＝2λf/L；一维周期相位光栅(16)的周期dphase与矩形窗口(13)沿y轴方向的宽度W之间满足关系：dphase≤2λf/W。