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专利号: 2020109097686
申请人: 常州机电职业技术学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2025-03-25
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.三波长可变尺度干涉显微成像系统,其特征在于:包括沿着并排分布的第一激光器(1)、第二激光器(2)和第三激光器(3)的输出方向依次连接的光纤耦合器(4)、准直器(5)和第一分光棱镜(6);所述第一分光棱镜(6)将激光分为物光光路(7)和参考光光路(8)两条光路;

所述参考光光路(8)上依次放置有第一反射镜(9)、第二分光棱镜(10)、第一反射镜(11)和PZT相移器(12);

所述物光光路(7)上依次放置有第三分光棱镜(13)、显微物镜(14)和微器件样品(15);

所述第三分光棱镜(13)位于第二分光棱镜(10)的反射光路上,第三分光棱镜(13)的反射光路上还设置有CCD相机(16),所述物光光路(7)和参考光光路(8)汇聚到第三分光棱镜(13)后,在CCD相机(16)上形成三波长广义相移全息图。

2.根据权利要求1所述的三波长可变尺度干涉显微成像系统,其特征在于:所述光纤耦合器(4)、准直器(5)、第一分光棱镜(6)、第三分光棱镜(13)、显微物镜(14)和微器件样品(15)沿同一直线布置,所述第一反射镜(9)、第二分光棱镜(10)、第一反射镜(11)和PZT相移器(12)沿同一直线布置,所述第一分光棱镜(6)、第三分光棱镜(13)、第二分光棱镜(10)和第一反射镜(9)呈矩形结构布置。

3.三波长可变尺度干涉显微成像系统的成像方法,其特征在于,采用权利要求1-2任一项所述的三波长可变尺度干涉显微成像系统,包括以下几个步骤:S1,使波长为λ1的第一激光器(1)、波长为λ2的第二激光器(2)和波长为λ3的第三激光器(3)发出的光束同时通过光纤耦合器(4)和准直器(5)后,形成三波长同轴光束;

S2,所述三波长同轴光束经过第一分光棱镜(6)后,形成物光光束和参考光光束;

S3,所述参考光光束经第一反射镜(9)、第二分光棱镜(10)、第一反射镜(11)和PZT相移器(12)后,形成具有广义相移的光束,该光束经第二分光棱镜(10)反射后进入第三分光棱镜(13);

S4,所述物光光束透过第三分光棱镜(13)、显微物镜(14)后照射微器件样品(15),并在显微物镜(14)上形成反射光后进入第三分光棱镜(13);

S5,S3和S4形成的光束在第三分光棱镜(13)处干涉后,反射至CCD相机(16)上,并形成三波长广义相移全息图。

4.三波长可变尺度干涉显微成像系统的三相位复原方法,其特征在于,采用权利要求

1-2任一项所述的三波长可变尺度干涉显微成像系统,包括以下几个步骤:A1:获得广义相移和高阶谐波同时耦合存在于系统中时,波长λ1、λ2和λ3对应的相位信息 和A2:利用A1中的相位信息,采用代数运算,获得多组等效波长及其相位信息,进而实现进行单、双和三波长选择性匹配融合成像。

5.根据权利要求4所述的三波长可变尺度干涉显微成像系统的三相位复原方法,其特征在于,所述相位信息 和 通过如下步骤得出:A11:当广义相移和高阶谐波同时耦合存在于三波长可变尺度干涉显微成像系统中时,第m帧三波长广义相移全息图可表达为:其中,x和y分别为空间坐标,t表示理论值,a(x,y)表示总的背景强度项,和 分别表示第k阶谐波下波长λ1、λ2和λ3的调制幅值,m表示第m帧三波长广义相移全息图(m=1,2,…,M),n和N分别表示在每个三波长广义相移全息图中的像素点位置和总像素数(n=1,2,…,N),u表示高阶谐波数, 和分别表示波长λ1、λ2和λ3下的相位信息, 和 分别为波长λ1、λ2和λ3下的相移;

A12:在三波长广义相移全息图中,假设a、 和 不在帧-帧间变化,解出相位 和 分别为:其中,k=1,2,…,u,

A13:在三波长广义相移全息图中,假设a、 和 不在单个三波长广义相移全息图的像素-像素间进行变化,解出相移 和 分别为:其中,k=1,2,…,u,

A14:迭代收敛计算:

其中,m=1,2,…,M,t表示迭代次数, 和 是波长λ1、λ2和λ3的预设精度要求;

A15:反复执行A12到A14,直至满足A14的迭代收敛条件,分别获得波长λ1、λ2和λ3对应的相位信息 和

6.根据权利要求5所述的三波长可变尺度干涉显微成像系统的三相位复原方法,其特征在于,步骤A12中相位 和 的求解过程包含如下几个步骤:A121:定义以下参数:

将A11中的表达式改写为:

其中,i=0,1,…,2u,j=1,2,3;

A122:M个干涉图中第n个像素点的三波长广义相移全息图理论与实际值之差的平方和En,则其中,Imn为三波长广义相移全息图实际值;

A123:依据三波长最小二乘迭代法原理,对En关于 求偏导数,并令其中,i=0,1,2,…,2u;

A124:求解A123中的表达式,得出相位 和 关于参数 的表达式,其中,k=1,2,…,u。

7.根据权利要求5所述的三波长可变尺度干涉显微成像系统的三相位复原方法,其特征在于,步骤A13中相移 和 的求解过程包含如下几个步骤:A131:定义以下参数为:

和 将A11中的表达式改写为:

其中,i=0,1,2,…,2u;

A132:N个像素点中第m个三波长广义相移全息图的理论与实际值之差的平方和Em,即A133:对Em关于 求偏导数,并令其中,i=0,1,2,…,2u;

A134:求解A133中的表达式,得出相移 和 关于参数 的表达式,其中,k=1,2,…,u。

8.根据权利要求4所述的三波长可变尺度干涉显微成像系统的三相位复原方法,其特征在于,在步骤A2中,单波长选择性匹配融合成像方法如下:其中,h表示微器件形貌。

9.根据权利要求4所述的三波长可变尺度干涉显微成像系统的三相位复原方法,其特征在于,在步骤A2中,双波长选择性匹配融合成像方法如下:其中,h表示微器件形貌。

10.根据权利要求4所述的三波长可变尺度干涉显微成像系统的三相位复原方法,其特征在于,在步骤A2中,三波长选择性匹配融合成像方法如下:其中,h表示微器件形貌,