[实用新型]一种层叠衍射成像装置

说明书

本实用新型公开了一种层叠衍射成像装置，属于衍射成像和全息成像领域。本方法利用分光棱镜组、光纤等分光装置将含物体信息额入射光分为多个出射光束，每个出射光束对应一个接收装置；在进入接收装置前，利用空间光调制器或者固定的模板对每个出射光束的振幅、相位或者仅对二者之一的分布进行调节，从而可获得一组相关的衍射图样，之后便利用层叠衍射算法进行重建，得到物体的振幅相位信息，即全息像。利用本装置，可以一次拍照同时获得多张物体的衍射图样，大大减少图样接收时间，而且重建样品像时无需分离光斑，装置组装好之后，其参数可固定在某一值，再次使用时无需重复调节，有利于工业化应用。

技术领域

本发明属于衍射成像和全息成像领域，具体涉及利用分光装置将含物体信息的入射光分为多个子光束，进而对每个子光束的振幅、相位或二者之一进行调节，来获得多个相关的衍射图样；之后利用层叠衍射算法进行重建，获得物体的全息像。

背景技术

层叠衍射（Ptychography）是近十几年来发展起来的一种新型获取物体全息图的方法，与传统的全息方法（holography）不同，该方法无需参考光，而是通过改变光波和物体的相对位置获取一系列衍射光斑，照射在物体上的光斑和其它至少一个光斑有重叠部分。衍射光斑通过CMOS、CCD等装置进行记录，之后可以利用计算机程序对这些光斑进行衍射迭代计算，来获取物体的相位、振幅信息，实现对物体的全息成像 (J. M. Rodenburg, Adv.Imag. Elect. Phys. 150, 87-184, 2008)。如果光波函数未知的话，还可以获得光波函数信息（P.Thibault et al, Ultramicroscopy, 109, 338-343, 2009）。然而，传统的层叠衍射方法需要微机械装置来移动光斑和样品，这对机械装置提出了很高的要求，为了提高测量精度，该方法需要提高各个光斑间重叠面积，这使得迭代计算时时间代价消耗较大。G.Zheng等人在传统层叠衍射方法基础上于2013年提出了Fourier空间的相干衍射成像方法，该方法无需机械装置，而是利用高能量发光二极管产生激光阵列，利用CCD接收不同二极管照射时的光斑（G. Zheng et al, Nature Photonics,7,739-745,2013）；为提高测量精度该方法同样需要增加二极管个数或改变其发光阵列形态，这也在一定程度上增加了设备的复杂程度。O. Cohen等人提出提出了单曝光层叠衍射技术，其利用多孔阵列在4f系统后焦面上得到一组含物体信息的光斑，这相当于传统层叠衍射所得到的衍射光斑组；由于只需要一次曝光，因此光斑接收时间大大缩短；不过该方法需要从一次曝光的图样中分离出各个衍射光斑，这又增加了后期处理的难度（O. Cohen et al, Optica, 3, 9-14, 2016）。董昭等人在已公开的专利文件（申请号201610028448.3）中提出了一种基于相位层叠衍射的全息方法，即利用空间光调制器或者相位模板来改变入射光相位，从而实现无机械移动的层叠衍射，从而减少接收时间；该方法在相位重建时无需分离光斑，而且迭代时间较传统层叠衍射短。然而该方法依然需要调整相位模板，这依然需要一定数据采集时间。

发明内容

本发明的目的在于提出一种能够同时接收经过不同调制的含物体信息的入射光的层叠衍射装置，从而在减少接收时间的同时，对物体进行快速重建。本方法利用分光棱镜组、光纤等分光装置将含物体信息的入射光分为多个出射光束，每个出射光束对应一个接收装置；在进入接收装置前，利用空间光调制器或者固定的模板对每个出射光束的振幅、相位或者仅对二者之一的分布进行调节，从而可获得一组相关的衍射图样，之后便利用层叠衍射算法进行重建，得到物体的振幅相位信息，即全息像。

本发明技术方案如下：

一种层叠衍射成像装置，按入射光束传播的方向依次包括：

（1）将入射光束分成若干出射光束的分光装置；

（2）每一条出射光束对应的光束调节装置，该装置能够调节光束的振幅相位分布，或者仅对二者之一进行调节；

（3）每一条出射光束对应的图像接收装置。