基于解码技术的全息显微术研究

　　1　引　言

　　全息显微具有立体性、大景深、视角广、可实现高密度记录和活体标本记录等特点,目前已在生物显微、金属腐蚀[1]、粒子场[2]、晶体生长[3]等诸多学科得到了广泛的应用。但在进行全息显微记录时,由于记录介质分辨率的限制,通常要对物体进行预放大,预放大一般用高质量的光学元件,如果用普通的光学透镜组合成显微镜来对物体进行预放大的话,由于普通光学透镜质量不高、显微镜放大倍数较大等,所以记录的物光波存在畸变,再现图像模糊不清。

　　用普通的光学透镜组合成显微镜,只要进行有效的解码同样可以获得清晰的图像。实际上,当对物体进行预放大全息记录时,显微镜对物体进行放大的过程可以看作是显微镜对物光波产生畸变的编码过程;当用原参考光的共轭光照射全息图对其进行波前再现时,如果用记录过程中的显微镜对由再现得到的赝实像再进行一次放大的话,则可起到解码的作用,从而可获得逼真的全息赝实像。

　　2　基本原理

　　当用原参考光的共轭光照明全息图进行波前再现时,透过全息图的光场分布[4]为

　　式中:分别为物光在全息图上的振幅和相位分布;分别为参考光的振幅和相位分布。等式右侧的第一项仍保留了参考光的特性,第二项是已畸变的虚像,第三项是原物光的共轭光,为原物的赝实像。

　　对编码和译码的理论分析[5]:设不失真的物光波为O_o,由显微镜预放大引起的附加误差τ= eiφ,则在预防大后投射到记录介质上进行记录的物光波O′_o为

　　在此过程中,显微镜预放大起到了编码的作用,产生出附加因子

　　在全息显微的再现过程中,用原参考光的共轭光波作为照明光,再现出的物光波是记录时投射到记录介质上的物光波O′_o的共轭光波

　　共轭光波所成的像是原物的赝实像。当用原组合显微镜对赝实像再一次进行放大时,如果显微镜的附加误差仍然是,则得到的不失真的物光波的共轭光波为

　　在此过程中,组合显微镜在对赝实像进行放大的同时,又对预放大记录过程中的编码进行解码,得到与原物完全相似的图像。

　　3　全息显微记录与再现

　　3.1　显微镜预放大全息记录

　　显微镜预放大全息记录光路如图1所示。激光束经平面反射镜M1到达分束镜BS,分成物光束和参考光束。物光束经平面反射镜M2直接照亮物体,由L1和L2组成显微镜对物体进行预防大,在记录介质前方1~2cm处成清晰像。参考光束经扩束镜L3、准直镜L4后形成平行光。扩束镜、准直镜的光学质量要好。根据实验条件,实验中用成品光学显微镜的目镜作为扩束镜,用高质量的照相机镜头作为准直镜。预放大后的物光与平行参考光在记录介质H处相干叠加,并进行全息记录。记录前需调整显微镜与物光束使其严格共轴。