[发明专利]基于反射式交叠衍射成像的相位恢复算法

说明书

本发明公开了一种基于反射式交叠衍射成像的相位恢复算法，基于搭建反射式交叠衍射成像装置，在反射位置放置待测物体，使待测物体相对照明光逐行逐列地进行移动，在CCD靶面采集样品的衍射图样，取下待测物体，在反射位置放置反射镜，在CCD靶面采集照明光经过反射后的衍射图样，利用两次PIE算法，最终获得待测样品的相位信息。本发明具有无透镜成像，视场宽，收敛快，可检测反射式样品的优点。

技术领域

本发明属于光学检测领域，具体涉及一种基于反射式交叠衍射成像的相位恢复算法。

背景技术

相干衍射成像技术(CDI)在几十年间得到了快速发展，但是受到算法的影响，在很长一段时间内陷入了停滞。2004年英国谢菲尔德大学Rodenburg教授于2004年提出了一种基于横向扫描的相位恢复成像方法，并命名为ptycholographic iterative engine，简称PIE。该方法利用空间局域照明光对待测物体进行扫描并用电荷耦合器件(CCD)同步记录扫描时所产生的多幅衍射斑，只要扫描时相邻两次照明区域有一定比例的重叠，PIE就可以快速准确地恢复出被测物体的振幅和相位信息，因此可以快速地获得对大尺寸物体进行成像。

Rodenburg提出的PIE算法必须包含三个特征：(1)一个透射型样品被一个有限范围的照明光照明，或者在物体前放置小孔限制照明范围，并记录其相干衍射光的光强信息；(2)至少记录两幅上述相干衍射图样，这两个光斑是由照明光和物体的相对位置移动一个已知值而得到的；(3)使用至少两幅上述衍射光斑来重建衍射面的相位分布或者样品的复振幅分布。

交叠衍射成像迭代算法的分辨率和精度都严格的受限于转化平台的不确定性，包括扫描精度和漂移，由实验不确定性引起的转化平台的误差很难处理。为了校正转化平台误差，研究人员提出了一些交叠成像位置校正算法，包括共轭梯度算法、遗传算法、退火处理、全漂移模型、互相关技术和基于模拟退火和非线性回归技术的pcFPM方法。这些方法可以得到正确的转化位置，并且有很高的精度。

传统的角谱衍射是基于平行的物平面和观察面推导得到的，但是，在反射式照明系统中，当物平面和观察面不平行时，这些衍射公式就不再适用，因此要在原有的衍射基础上进行坐标投影变换。Kyoji Matsushima在《Fast calculation method for opticaldiffraction on tilted planes by use of the angular spectrum of plane waves》一文中提出了利用角谱衍射在倾斜平面间快速计算传输结果的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于反射式交叠衍射成像的相位恢复算法，摆脱了透镜的限制，可直接恢复反射式待测样品的相位信息。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于反射式交叠衍射成像的相位恢复算法，算法步骤如下：

步骤1、搭建反射式交叠衍射成像装置：

反射式交叠衍射成像装置包括光源、X-Y平移台、待测样品、反射镜和CCD，沿光路方向依次设置光源、X-Y平移台和CCD；反射镜和待测样品不同时设置在X-Y平移台上，光源与CCD处于同一水平高度。

步骤2、打开光源，将待测样品置于X-Y平移台上，光源以入射角θ入射到待测样品上，反射光线被CCD接收，调整X-Y平移台，使得待测样品相对于光源逐行逐列地进行移动，移动间隔L小于CCD靶面尺寸的0.4倍，每次移动间隔相等，每次移动后在CCD靶面上接收到1幅衍射图样，总共采集M幅衍射图样，M≥2。

步骤3、取下待测样品，将反射镜置于X-Y平移台上，光源以入射角θ入射到反射镜上，反射光线被CCD接收，在CCD靶面上采集到1幅光源直接反射后的衍射图样。

步骤4、利用PIE算法处理步骤2中得到的M幅待测样品衍射图样和步骤3中得到的光源衍射图样，恢复光源信息和待测样品的信息，具体方法如下：