[发明专利]一种两步衍射相位成像方法及对应相位恢复方法

权利要求书

1.一种两步衍射相位成像方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步，激光束通过显微系统形成放大的显微像，所述显微系统由样品(6)、可调载物台(7)、显微物镜(8)及反射镜(9)组成；然后所述显微像通过位于所述显微系统之后的成像屏IP上的光栅(12)，从而分成许多级包含显微图像信息的衍射光；

第二步，所述衍射光通过所述成像屏IP之后的第三透镜(13)后进行傅里叶变换，在所述第三透镜(13)的傅里叶平面FP上，利用第一挡板(16)挡住空间光调制器(14)中-1级衍射光滤波窗口，只允许+1级衍射光全部通过，0级衍射光低通滤波，然后+1级衍射光与0级衍射光通过所述傅里叶平面FP后面的第四透镜(15)进行傅里叶逆变换，完成了+1级衍射光与0级衍射光整个滤波，他们分别作为样品光与参考光，在CCD(18)上形成第一幅干涉图样；

第三步，在所述傅里叶平面FP上，撤掉所述第一挡板(16)，采用第二挡板(17)挡住所述空间光调制器(14)中+1级衍射光滤波窗口，只允许-1级衍射光和0级衍射光通过，然后通过所述第四透镜(15)，在所述CCD(18)上形成第二幅干涉图样。

2.根据权利要求1所述的一种两步衍射相位成像方法的对应相位恢复方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步，记录两干涉图

所述光栅衍射的0级与+1级衍射光形成干涉图样为

其中，I_S，I_R分别为物光波和参考光波强度，这两者之和I₀＝I_S+I_R为背景光强，为与样品有关的空间变化相位，k为载波条纹的空间频率；所述光栅衍射的0级与-1级衍射光形成的干涉图样为

第二步，计算两干涉图样之差消除背景光强

第三步，获取与相位相关的复解析信号

首先对式(3)进行希尔伯特变换

其中，HT为希尔伯特变换；

进而复解析信号为

Z＝HT(I₊₁-I_-1)+j·[-(I₊₁-I_-1)] (5)

其中，j为虚数单位；

第四步，求解样品包裹相位

其中，Im与Re分别表示复数的虚部和实部；

第五步,对(6)式通过解包裹运算获取真实连续的样品相位。

3.根据权利要求2所述的一种两步衍射相位成像方法的对应相位恢复方法，其特征在于：利用两干涉图之差来消除不需要的背景光强，无需高通滤波，以保证样品信息的完整性，从而适用于离轴和轻微离轴干涉。