可实时测量的双波长数字全息显微研究

双波长数字全息显微（Two-wavelength Digital Holographic Microscopy，以下简称TWDHM）将双波长干涉和光学显微相结合，为生物医学、光学微加工、粒子场密度测量等领域提供了一种快速、非接触的光学检测手段。本项目旨在研究高性能的TWDHM装置和方法。采用一彩色CCD同时记录两个波长对应的干涉图样，实现干涉测量的实时性；通过形成较长的"合成波长"扩大纵向测量范围；开展基于同步相移的轻载频TWDHM研究，降低离轴干涉对CCD空间采样频率的要求；采用基于偏振和波长复用的多光束照明来提高TWDHM的横向分辨率并降低其相干噪声；探索物参共路的TWDHM光学结构，克服环境振动对测量结果的影响。此外，研究基于双波长离轴照明的TWDHM"自动调焦"新方法，实现对运动物体的跟踪测量。本项目研究成果将为高性能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。

本项目围绕双波长数字全息显微中自动调焦、空间分辨率、相位解包裹、测量的实时性等问题进行了深入研究。项目期间,研究了双波长数字全息显微，通过形成合成波长，将轴向无包裹相位测量范围扩大到了微米量级。提出并实现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。研究了轻载频双波长数字全息显微，在实时测量的前提下提高对CCD的空间分辨能力的利用率。采用物参共路的光学结构来提高显微装置的稳定性,并采用同步相移实现了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。采用低相干照明光源,降低了数字全息显微成像中的相干噪声。提出一种基于结构照明的超分辨相位获取和成像方法，实现对微小相位物体的超分辨相位成像和自动调焦。这些研究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15篇。其中，1篇被AO选为当期封面文章；1篇被选为IOP Select；3篇入选AO Top-download；有7篇论文被VJBO转载。申请发明专利4项。与德国同行开展了富有成效的国际合作研究，我方派2人到德方单位进行交流学习，德方来所研讨2次，双方联名发表文章5篇。