[发明专利]一种基于相位层叠衍射的全息成像方法

权利要求书

1.一种基于相位层叠衍射的全息成像方法，包括以下步骤：

（1）入射光束通过相位调控装置照射待测样品，该相位调控装置可产生附加相位组，最多有一个附加相位组不改变透射光束相位，其余使透射光束相位得到改变并且光束横截面上每一部分的相位改变不完全一致，对于每个样品该装置产生的附加相位组个数不少于2个；

（2）通过含电子感光元件的接收装置接收透过样品的衍射图样，每个附加相位组对应一个图样；

（3）接收装置将这些衍射图样传至处理器中，处理器利用再现算法对这些衍射图像后处理，从而呈现透射样品全息图像。

2.如权利要求1所述的一种基于相位层叠衍射的全息成像方法，其特征在于入射光束的波函数已知。

3.如权利要求1所述的一种基于相位层叠衍射的全息成像方法，其特征在于入射光束波函数未知，其波函数按以下步骤计算：

（3.1）移开待测样品，入射光束通过相位调控装置直接照射到含电子感光元件的接收装置上，该相位调控装置可产生附加相位组，最多有一个附加相位组不改变透射光束相位，其余使透射光束相位得到改变并且光束横截面上每一部分的相位改变不完全一致，对于每个样品该装置产生的附加相位组个数不少于2个；

（3.2）通过含电子感光元件的接收装置接收此时的衍射图样，每个附加相位组对应一个图样；

（3.3）接收装置将这些衍射图样传至处理器中，处理器利用再现算法对这些衍射图像后处理，从而得到入射光波的波函数。

4.如权利要求1所述的一种基于相位层叠衍射的全息成像方法，其特征在于再现算法按以下步骤实现：

（4.1）首先猜想待测样品分布函数为O，用P表示相位调控装置前入射光束波函数，第n个附加相位组引起入射波函数改变的因子设为D_n，则样品前的入射光波函数可以写为P’=Fre(PD_n,z₀)，其中z₀表示相位调控装置到样品的距离，Fre()表示Fresnel衍射函数，此时样品后的出射波函数为φ=P’D_n，初始时采用第1个附加相位组D₁；

（4.2）根据步骤4.1中入射波函数φ计算在接收装置接收平面的接收函数Φ，Φ=Diff(φ,z)，其中Diff()代表相应的衍射函数，z代表待测样品到接收平面的距离，当z较大时Diff选择为Frauhofer衍射函数，z较小时为Fresnel衍射函数；

（4.3）接收函数Φ可写为Φ=|Φ|·exp(iθ)，其中|Φ|表示Φ的模分布，θ为其辐角，将Φ的模用真实衍射数据来代替，于是得到新的接收函数Φ_c，，其中I是第n个附加相位组时接收装置所接收衍射图样的强度分布；

（4.4）利用新的接收函数Φ_c推知新的出射波函数φ_c，其中φ_c=iDiff(Φ_c,z)，其中iDiff()表示步骤4.2中相应衍射函数的逆运算；

（4.5）更新猜测的物函数O，所用公式如下：

其中*表示相应函数的复共轭，角标max代表矩阵中最大元素值，α为迭代系数，取值为1；

（4.6）将步骤4.1中的O用O_new代替，采用第n+1个相位组，重复步骤4.1至4.5，直至所有的相位组均运算完毕，得到新的O；

（4.7）将步骤4.6中得到的O，计算测试波函数Φ_n,T=Diff(P’_n, z)，当

小于某一值Err时，此时的O即为待测样品分布函数；若不小于Err，则重复步骤4.1-4.7，直至得到符合要求的O为止；Err取值为10^-5。