雙球面波自全息成像.pdf

1、對生命的探索一直是人類的研究熱點。在生命科學研究中，熒光標記技術和光學成像技術的結合，使得能夠觀測到介觀層面信息，銜接上了現(xiàn)有的宏觀與微觀信息，對生命科學研究具有重要意義。然而通用的熒光光學成像方法需要通過掃描得到三維信息，無法對三維熒光信息同時記錄。全息成像技術可在非掃描條件下記錄樣品的三維信息，排除掃描過程對時間的消耗。其關鍵在于采用干涉方法記錄下物光的完整信息。熒光是一種寬帶光，熒光全息中如何實現(xiàn)熒光干涉是其中的難點；此外，熒光的

2、信號強度較弱，全息又是一種離焦探測方式，如何充分利用熒光的信號強度是實現(xiàn)熒光全息成像的關鍵。
　　本文以實現(xiàn)熒光非掃描三維成像的需求為驅動，結合熒光信號的低相干度和弱信號強度特點，系統(tǒng)深入地研究了寬帶弱信號光的全息探測方法，以及干涉系統(tǒng)的光程差(Optical Path Difference,OPD)理論，基于此研究結果提出了一種適合于探測寬帶弱信號光的雙球面波自全息(Self-interference Holography,SH

3、)成像方法，基于此方法建立的雙球面波自全息探測系統(tǒng)解決了現(xiàn)有系統(tǒng)不能同時滿足高信噪比和高相干度要求的難題，為實現(xiàn)寬帶弱信號光的全息探測提供了有效途徑。本文從系統(tǒng)成像效果，分辨率和拉格朗日不變量(Lagrange invariant)三個方面展開研究。
　　(1)研究了干涉系統(tǒng)的光程差變化，發(fā)現(xiàn)采用雙球面波干涉時可靈活控制并減小系統(tǒng)的光程差，在信號強度高的小記錄距離處就可實現(xiàn)高相干度干涉，滿足了探測寬帶弱信號光的高信噪比和高相干度要

4、求。實驗驗證發(fā)現(xiàn)，采用此方法可以有效地解出波前信息，且系統(tǒng)的信噪比可提高3-20倍(與具體記錄參數(shù)有關)。
　　(2)研究了自全息系統(tǒng)的分辨率，特別是雙球面波自全息系統(tǒng)的分辨率變化規(guī)律和引起分辨率變化的因素，并用實驗結果驗證了理論分析。分析發(fā)現(xiàn)在球面波參考光系統(tǒng)中，可通過增加像方數(shù)值孔徑來提高分辨率。與利用橫向放大率來提高分辨率的平面波參考光系統(tǒng)相比，球面波參考光系統(tǒng)的優(yōu)點是可在上述信號強度高且光程差小的近焦面提高分辨率。從而在保