1.测量微粒三维位移光轴向位置的复合式数字全息显微方法,其特征在于:包括如下步骤:
步骤1:对介质中相应直径的微粒进行光学成像模拟,形成光学成像示意图,并计算出射光线于光轴交点与微粒中心点的轴向距离;
步骤2:将介质中相应直径的微粒参数代入,生成微粒出射光线与光轴交点位置的概率密度曲线,将微粒的透射光线与光轴交点最密集点与微粒的距离设置为焦距f;
步骤3:将微粒视为透镜,以f为焦距,设置透镜的成像示意图,并在该透镜的成像示意图中建立坐标,在距离为z的平面处光场分布为D(u,v,z);
步骤4:计算微粒轴上强度为|DP(0,0,z)|2,建立微粒投射成像图即全息显微重构的强度图,并确定临界重构距离;
步骤5:将像方重构距离与临界重构距离进行比较,如像方重构距离大于临界重构距离,则采用同轴数字全息微粒轴向位移重构法计算微粒轴向位移;如像方重构距离不大于临界重构距离,则采用离轴数字全息显微技术测量微粒轴向位移。
2.根据权利要求1所述的测量微粒三维位移光轴向位置的复合式数字全息显微方法,其特征在于:所述步骤1中,计算出射光线于光轴交点与微粒中心点的轴向距离,采用式1:其中,r为微粒半径,d为入射光线与光轴间的垂直距离,nl为液态环境的折射率,np为微粒的折射率,laxis为出射光线于光轴交点与微粒中心点的轴向距离,根据折射定律,可以计算laxis。
3.根据权利要求1所述的测量微粒三维位移光轴向位置的复合式数字全息显微方法,其特征在于:所述步骤2中,将介质中相应微粒的参数代入式1,得到不同入射角度光线出射时与光轴的交点位置,求取这些交点的概率密度,生成微粒出射光线与光轴交点位置的概率密度曲线,将微粒等效为透镜,因此,可将微粒的透射光线与光轴交点最密集点laxis设置为焦距f。
4.根据权利要求1所述的测量微粒三维位移光轴向位置的复合式数字全息显微方法,其特征在于:所述步骤3中,以焦距f设置透镜的成像示意图,并在该透镜的成像示意图中建立坐标,其中透镜平面和成像光场平面坐标为(x,y,0)和(u,v,z),当复振幅为G(x,y)的光波被透镜聚焦,根据菲涅尔衍射原理,在距离为z的平面处光场分布为D(u,v,z)其中,λ为波长,z为光轴上坐标,L(x,y)为透镜因子,由于只考虑微粒轴上强度分布,因此求光轴上光场分布D(0,0,z)为
微粒相对于照明光束,尺寸微小,因此照射微粒的光束可等效于平面波,而平面波照明透镜的轴上光场分布为其中, f为微粒焦距。
5.根据权利要求1所述的测量微粒三维位移光轴向位置的复合式数字全息显微方法,其特征在于:所述步骤4中,计算微粒轴上强度为|DP(0,0,z)|2,建立微粒投射成像图即全息显微重构的强度图,并建立微粒轴上强度曲线模拟图,从强度图中提取微粒中心点的重构强度与微粒轴上强度曲线模拟图相吻合,定位微粒中心点重构强度曲线最大值,即轴上强度曲线最大值的轴向位置点,即可实现对微粒轴向位移的测量。
6.根据权利要求1所述的测量微粒三维位移光轴向位置的复合式数字全息显微方法,其特征在于:所述步骤4中,在同轴数字全息显微技术中,重构强度图不仅包含微粒自身重构信息,还包含共轭像即孪生像的强度信息,孪生像面、重构像面以及全息记录面,选取轴上强度值在95%的置信区间内的z值,判断物方重构距离d≥(z-中心点重构强度曲线最大值)/2,则此时像方重构距离即为临界重构距离。