物参共路同步相移数字全息显微研究

数字全息显微（Digital Holographic Microscopy）作为数字全息和光学显微相结合的一种新的显微技术，为微观物体的三维形貌观测或相位物体的折射率空间分布测量提供了一种新的高分辨率、快速、非接触、无损的检测手段。本项目旨在研究具有高空间分辨率、高抗振动性、实时测量微观物体动态变化过程的同步相移数字全息显微方法和装置。拟采用一对互补的二维Ronchi光栅实现四路平行分光，同时结合偏振相移技术来构建同步相移装置。为了提高光路的稳定性，拟采用物参共路同轴光学结构来构建数字全息显微装置。探索采用部分非相干离轴照明以及不同物距再现像的合成来提高再现像的分辨率，并减小相干噪声。探索利用两次不同方向的离轴照明来实现再现像的自动调焦。本项目研究成果将为高性能实用化数字全息显微镜的开发和应用打下良好的理论和技术基础。

本项目重点解决数字全息显微中的装置稳定性、空间分辨率和测量实时性问题。采用物参共路同轴光学结构来提高显微装置的稳定性，分别设计了基于光栅对和棱镜对的平行分光装置，结合偏振相移技术，实现了两路和四路同步相移数字全息显微，能够对运动物体或动态过程进行实时测量。采用多点离轴部分非相干光源照明，将相移技术与泽尼克相衬干涉显微相结合，实现了对微小物体相位的高分辨和高信噪比定量测量。设计了轻离轴双波长数字全息显微装置，形成合成波长，将无包裹相位测量范围扩大到了微米量级。分别提出了基于双波长干涉和基于多光束离轴照明的数字全息显微自动调焦方法。提出了基于结构照明的超分辨相位获取和成像方法，实现对微小物体的超分辨相位成像和自动调焦。这些成果为高性能实用化数字全息显微镜的开发和应用打下良好的理论和技术基础。. 项目执行期间在OL、OE等期刊发表SCI收录论文18篇，有7篇论文被VJBO转载，1篇被AO选为当期封面文章；申请发明专利4项；做国内外学术会议特邀报告8次，与德国同行开展了富有成效的国际合作研究；培养博士研究生4名，硕士研究生2名，2人获得中国科学院优秀博士论文奖，1人获得德国洪堡研究学者。