[实用新型]一种部分相干光照明下的非迭代相位恢复装置有效

专利信息
申请号: 201720317070.9 申请日: 2017-03-29
公开(公告)号: CN207281476U 公开(公告)日: 2018-04-27
发明(设计)人: 卢兴园;赵承良;朱新蕾;曾军;蔡阳健 申请(专利权)人: 苏州大学
主分类号: G03H1/12 分类号: G03H1/12
代理公司: 苏州市中南伟业知识产权代理事务所(普通合伙)32257 代理人: 李阳
地址: 215000 *** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 部分 相干光 照明 非迭代 相位 恢复 装置
【说明书】:

技术领域

实用新型涉及光学技术领域,尤其涉及一种部分相干光照明下的非迭代相位恢复装置。

背景技术

对于一个包含振幅和相位信息的未知物体,可以通过电荷耦合元件对物体振幅信息进行直接观测,而相位信息并不能被直接获得,因此如何从强度信息中获取未知物体的相位信息成为了人们研究的一个重要课题。从强度信息中获取物体相位信息的技术叫做波前探测技术或者相位恢复,通过衍射或者干涉的方法获取物体相位信息以实现二维、三维成像的方法叫做相干衍射成像,该技术广泛运用于图像信息处理、微纳光学、自适应光学、材料科学以及量子层析等领域。随着相干衍射成像技术的飞速发展,分辨率已达到纳米量级,恢复装置也愈加智能、实时化。

在研究波前探测技术和相位恢复时,大多都假设照明光源为完全相干光,但实际应用中,例如高分辨波前探测,往往使用x射线或者电子束作为光源进行相位恢复,这些都不是完全相干光。此外,当一束完全相干光经过介质传输以后,其空间相干性也会降低,在这些情况下,仍然将其作为完全相干光进行处理,会存在一些问题。

实现相位恢复的方法有很多种,最早是在1952年,David Sayre提出利用香农定理通过测量更高密度的光强来实现相位恢复。至今为止,人们已经研究出了一系列相位恢复的方法,例如哈特曼波前传感技术、全息干涉技术、计算相位恢复技术和叠层技术等。

哈特曼波前传感技术主要是通过测量波前斜率来恢复相位信息(Platt B C,Shack R.History and principles of Shack-Hartmann wavefront sensing[J].Journal of Refractive Surgery,2001,17(5):S573-S577.),夏克哈特曼传感器基于此技术,由微透镜阵列和电荷耦合元件构成,通过测量经过微透镜聚焦在电荷耦合元件上的光斑坐标,利用泽尼克多项式模式法算出泽尼克系数来重建波前。该技术恢复速度快、灵敏度高,已被广泛运用于天文望远镜的高分辨成像、人眼视网膜细胞分辨成像等领域。

全息干涉技术是利用干涉原理恢复物波光场的技术(Eisebitt S,Lüning J,Schlotter W F,et al.Lensless imaging of magnetic nanostructures by X-ray spectro-holography[J].Nature,2004,432(7019):885-888.),分为拍摄和恢复两个过程,当一束参考光与物光进行干涉,干涉图中将记录该物体的相位和振幅信息,再用参考光照射全息干涉图,即可以恢复出物光的光场信息,从而提取物体的相位和振幅信息。随着全息干涉技术的飞速发展,使用电荷耦合元件记录干涉图样,而由计算机进行相位恢复的过程,该技术成为数字全息技术,被广泛运用在三维图像重构、数字显微成像、材料无损探伤、医学诊断等方面。

计算相位恢复方法相比于前两种方法,应用范围更广,可见光以及极紫外波段皆可适用。该恢复方法是1972年提出的(Gerchberg R W.A practical algorithm for the determination of phase from image and diffraction plane pictures[J].Optik,1972,35:237.),利用迭代算法从拍摄到的衍射光斑的强度信息中恢复相位信息,该恢复方法可以用于以X射线或者自由电子束为光源的成像系统中,实现无透镜衍射成像和相位恢复,从而减小成像系统误差,简化系统结构,因此具有极大的前景。另一种利用迭代算法的叠层成像技术(Rodenburg J M,Faulkner H M L.A phase retrieval algorithm for shifting illumination[J].Applied physics letters,2004,85(20):4795-4797.),是近十年来新兴的技术,通过寻找样本进行重叠扫描的模式下,满足多幅远场衍射强度图像约束的唯一复数解,因不受光学聚焦原件的限制,从而可以突破衍射极限实现超分辨成像。

然而这些技术都存在一定的缺点和弊端,计算相位恢复方法的迭代算法需要大量的迭代次数和迭代时间,对于复杂相位物体,无法实现信息的快速、实时恢复,甚至会出现得不到唯一解的情况。且现有的迭代算法处理部分相干光时,会假设光源的互相关函数为高斯谢尔模,利用模式展开进行处理,然而当相干度很低的情况下,需要很多的模式数才可以正确恢复相位信息,且对于关联函数未知的光源,该模式展开的方法将不再适用。

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