数字全息显微镜（Digital holographic microscopy，简称DHM）是数字全息技术在显微领域的应用，也被称为全息显微术。与其他显微技术相比，数字全息显微镜并不直接记录被观测物体的图像，而是记录含有被观测物体波前信息的全息图，再通过计算机对所记录的全息图进行数值重建来得到被测物体的相位和振幅（光强）信息，进而完成数字三维重构。打个形象的比方来理解数值重建这个过程，就是利用计算机算法代替传统光学显微镜中的成像透镜。

反射式数字全息显微镜DHM^®系列(DHM-R1000, DHM-R2100 和 DHM-R2200) 通过收集样品表面的反射信号进行测量，因此在探测反射或部分反射的样品时使用较为理想。此型号的全息显微镜能够探测反射率低至1%的样品，因此作为光学轮廓仪广泛适用于各种样品。

DHM型号	R1000	R2100	R2200
激光光源数量	1	2	3
工作波长 (±1.0nm)	666nm	666nm,794nm	666nm,794nm,680nm
多种模式性能对比
测量模式	单激光波长666nm	双激光合成波长4.2μm	双激光合成波长24μm
可用该测量模式的DHM型号	R1000, R2100, R2200	R2100, R2200	R2200
测量精度[nm]	0.15	0.15/3.0	20
纵向分辨率[nm]	0.3	0.30/6.0	40
测量可重复性[nm]	0.01	0.01/0.1	0.5
动态可测纵向范围	最大200μm	最大200μm	最大200μm
最大可测台阶高度	最大333nm	最大2.1μm	最大12μm
适用样品表面类型	平滑表面	复杂或非连续结构表面	复杂或非连续结构表面

反射式数字全息显微镜(DHM-R)，非扫描非接触无损测量，显示静态和动态三维形貌，表征周期振动。

DHM使用便利，除了科研应用，得益于其高图像采集率，DHM还能作为常规快速检测装备适用于工业自动质量检测。

反射式数字全息显微镜DHM-R拥有三种型号， 主要区别在于不同的激光源数量：

• R1000型配备单激光源， 是测量平滑表面和振动的理想工具。
• R2100型配备可以同时使用的双激光源， 在测量复杂表面和非连续结构时更有优势。
• R2200型是在R2100型基础上扩展了第三个激光源， 增加测量范围的同时， 也增添了针对半透明薄膜结构的测量能力。

反射式DHM®兼容所有可选配件：包括频闪模块、后期分析软件MEMS analysis tool 和Reflectometry analysis tool。每个DHM®可以灵活选择装配模式，例如装配在默认结构台，或者只选择DHM®探测头，之后可以集成在其他设备或者生产线上。DHM®兼容多种电动样品台。

• 样品台：手动或电动XYZ样品台，最大移动范围300mmx300mmx38mm
• 物镜：放大倍数1.25x至100x，多种物镜可选、水镜、油镜等
• 物镜台：6口旋转物镜台
• 专用软件：Koala专用数据采集分析软件，专用分析软件供不同应用分析
• 数据格式：多种保存格式
• 最小可测样品反射率：低于1%
• 样品照明：最低1μW/cm2
• 频闪模块：适用于单光源和双光源模式
• 垂直校准：由干涉滤光片决定，范围±0.1nm
• 图像采集时间：标准500μs (最快可选10μs)
• 图像采集速率：标准30帧/秒(1024×1024 像素)(最快可选 1000 帧/秒)
• 实时重建速率：标准25帧/秒(1024 x 1024 像素)(最快可选 100 帧/秒)
• 横向分辨率：由所选物镜决定，最大300nm
• 视场：由所选物镜决定，范围从66μmx66μm至5mmx5mm
• 工作距：由所选物镜决定，范围从0.3至18mm
• 数码聚焦范围：最高50倍于景深(由所选物镜决定)

超高速记录动态三维形貌

DHM采用非扫描机制，采集单帧图像既能记录样品表面三维形貌，因此拥有其他技术无法匹敌的图像采集速度。使用标准相机采集速度为视频速率30帧/秒，而高速相机可以达到1000帧/秒， 使得以下应用变为可能：

• 研究可形变样品三维动态响应
• 表面大区域扫描分析
• 高产量常规检测
• 生产线在线三维形貌捕捉

多种可控环境下测量

独特的光学原理和光路设计使得DHM能够满足使用者在各种环境下的测量需求，提供灵活和便利的测量体验：

• 透过玻璃(盖玻片、载玻片、玻璃窗口)或者浸润液
• 观测环境控制箱或真空腔内部样品， 可改变环境参数，比如温度、湿度、气压、气体成分等

MEMS测振分析，最高可达25 MHz

频闪模块(可选配件)可同步DHM测量时激光脉冲与MEMS器件的激励信号，获取振动周期内的全视场振动模态。这些特有的分析数据可提供以下信息：

• 三维形貌时序图
• 频率共振分析和响应分析
• 面内面外振幅分析(面内振幅测量精度1nm，面外振幅测量精度5pm)
• 复杂运动表征， 振动模态表征， 样品动态三维形貌

测量透明样品三维形貌

得益于DHM® 多激光源配置， 通过专用反射分析软件(可选配件)可以表征透明薄膜样品， 包括：

• 透明结构表面形貌
• 多层透明薄膜组成结构的厚度、折射率，测量范围可从10纳米至几十微米
• 柔性材料或是液体的形貌

R1000 系列

DHM^®-R1000系列配置单波长激光源，可以为您的样品提供实时三维检测，拥有亚纳米级分辨率，动态可测垂直台阶高度为333nm，而对于连续表面动态可测高度则达到了200µm。R1000系列是反射式DHM^®的最基本配置，性价比优势突出，使用极其便利。

适用范围包括平滑表面、样品形貌、以及不超过333nm陡直台阶等。

R2100 系列

DHM^®-R2100是按照能够同时使用双波长激光源测试的规格设计的，拥有亚纳米级分辨率，动态可测垂直台阶高度达到了2.1 μm，对于连续表面动态可测高度同样为200 µm。

两个激光源拥有各自不同的参考光光路，但共用物光光路，主要优势在于：

• 可测垂直台阶高度增加到了2.1 μm
• 可以自由切换使用单、双激光源进行实时测试
• Mapping算法保证在可测垂直台阶高度范围内的亚纳米测量精度

DHM^®-R2100家族系列能够使用相机同时记录两束光分别产生的干涉条纹并投射到同一幅全息图上，之后还能对两束光分别进行数字重建。 两束光源产生的合成波长使得动态可测垂直台阶扩展到了2.1 μm，这些过程均在视频速率下完成。

DHM R2100系列光路示意图

使用双光源系统与使用单光源系统相比一样便利。视不同被测样品情况，使用者可以自由切换使用单/双光源模式以获取不同可测台阶范围。

另外，通过结合单光源与合成光源的测量数据，在单光源模式下的亚纳米垂直测量精度能够利用功能强大的Mapping算法适用到双光源模式。

DHM^® 双光源的原理

R2100 系列提供双光源测试模式，光源 λ_1 和光源λ_2将产生一个波长为Λ的合成光源。同时合成光源测试，在保持亚纳米级精度的同时，将动态可测垂直台阶高度增加到了2.1 μm，而对于连续表面动态可测高度同样为200 µm。合成光源波长计算公式如下：

Λ= (λ₁ x λ₂) / |λ₁ – λ₂| ,    Λ≫λ₁, λ₂

当然，双光源系统的两个光源也可以各自独立单独使用。

R2200 系列

DHM^®-R2200 是按照三波长激光源的规格设计的，拥有亚纳米级分辨率，动态可测垂直台阶高度达到了12 μm，对于连续表面动态可测高度同样为200 µm。

DHM^®-R2200 系列全息显微镜在实时测量方面达到了一个全新的高度。创新的光路设置包括了共用的物光光路以满足三光源配置。三个光源允许使用两组不同的双光源组合，也就是说有两个不同波长的合成光源供选择：

• 动态可测垂直台阶高度范围增加到了12 μm
• 可以自由切换使用单、双激光源进行实时测试
• Mapping算法保证在可测垂直台阶高度范围内的亚纳米测量精度
• 使用双光源测量与单光源同样的便利性

DHM^®-R2200 系列除了拥有三光源，在其他方面与DHM^®-R2100系列有着同样的特点和功能。 DHM^®-R2200 系列能够使用相机同时记录两束光分别产生的干涉条纹并投射到同一幅全息图上，之后还能对两束光分别进行数字重建。 两束光源产生的合成波长使得动态可测垂直台阶扩展到了12 μm，这些过程均在视频速率下完成。

DHM R2200系列光路示意图

使用三光源系统与使用单光源系统相比一样便利。视不同被测样品情况，使用者可以自由切换使用单/双光源模式以获取不同可测台阶范围。

DHM^®-R2200系列配置的第三光源用来与另外两个光源结合使用。 因此在双光源使用模式下拥有一个短合成光波长和长合成光波长，进一步拓宽了动态测试范围。DHM^®-R2200系列的两种合成波长分别为6 μm 和30 μm，对于动态可测垂直台阶高度分别为2.1 μm和12 μm。

另外，通过结合单光源与合成光源的测量数据，在单光源模式下的亚纳米垂直测量精度能够利用功能强大的Mapping算法适用到双光源模式。

由于测量和图像抓取速率快，DHM^® 可以有效避免环境振动对测量带来的影响，防止出现图像模糊的情况。实时显示的三维动态形貌保证了DHM^® 使用的便利高效，而测量可以通过垂直相干扫描模式增加到厘米量级。

DHM^® 双光源的原理

R2200 系列提供两组双光源测试模式，光源 λ_1 和光源λ_2将产生一个长合成波长Λ光源，在保持亚纳米级精度的同时，将动态可测垂直台阶高度增加到了12 μm，而对于连续表面动态可测高度同样为200 µm。另外，光源 λ_1 和光源λ_3也可以合成一个短合成波长Λ光源，在保持亚纳米级精度的同时，将动态可测垂直台阶高度增加到了2.1 μm。合成光源波长计算公式如下：

Λ= (λ₁ x λ₂) / |λ₁ – λ₂| ,    Λ≫λ₁, λ₂

or

Λ= (λ₁ x λ3) / |λ₁ – λ3| ,    Λ≫λ₁, λ3

Mapping算法保证在可测垂直台阶高度范围内的亚纳米测量精度，每个光源也可以各自单独使用。