雙球面波自全息成像.pdf

1、對(duì)生命的探索一直是人類的研究熱點(diǎn)。在生命科學(xué)研究中，熒光標(biāo)記技術(shù)和光學(xué)成像技術(shù)的結(jié)合，使得能夠觀測(cè)到介觀層面信息，銜接上了現(xiàn)有的宏觀與微觀信息，對(duì)生命科學(xué)研究具有重要意義。然而通用的熒光光學(xué)成像方法需要通過掃描得到三維信息，無法對(duì)三維熒光信息同時(shí)記錄。全息成像技術(shù)可在非掃描條件下記錄樣品的三維信息，排除掃描過程對(duì)時(shí)間的消耗。其關(guān)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(shí)現(xiàn)熒光干涉是其中的難點(diǎn)；此外，熒光的

2、信號(hào)強(qiáng)度較弱，全息又是一種離焦探測(cè)方式，如何充分利用熒光的信號(hào)強(qiáng)度是實(shí)現(xiàn)熒光全息成像的關(guān)鍵。
　　本文以實(shí)現(xiàn)熒光非掃描三維成像的需求為驅(qū)動(dòng)，結(jié)合熒光信號(hào)的低相干度和弱信號(hào)強(qiáng)度特點(diǎn)，系統(tǒng)深入地研究了寬帶弱信號(hào)光的全息探測(cè)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(jié)果提出了一種適合于探測(cè)寬帶弱信號(hào)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(cè)系統(tǒng)解決了現(xiàn)有系統(tǒng)不能同時(shí)滿足高信噪比和高相干度要求的難題，為實(shí)現(xiàn)寬帶弱信號(hào)光的全息探測(cè)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(gè)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(shí)可靈活控制并減小系統(tǒng)的光程差，在信號(hào)強(qiáng)度高的小記錄距離處就可實(shí)現(xiàn)高相干度干涉，滿足了探測(cè)寬帶弱信號(hào)光的高信噪比和高相干度要

4、求。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(guān))。
　　(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(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)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(diǎn)是可在上述信號(hào)強(qiáng)度高且光程差小的近焦面提高分辨率。從而在保