[发明专利]基于光学自旋霍尔效应以及古斯-汉森效应的微分相衬方法及系统

权利要求书

1.一种基于光学自旋霍尔效应以及古斯-汉森效应的微分相衬方法，其特征在于，用于定量探测标本图像的相位特征，该方法以相干光或部分相干光为载体，利用不同介质间平面界面上的光学自旋霍尔效应以及古斯-汉森效应，通过对入射光场偏振态以及在消光条件下对应的出射光场偏振态的选择，获得沿不同方向的微分场的强度分布；光束相干长度大于波长量级以保证界面上的相干性；改变出射光场偏振态的选择即可在微分场中加入正或负的直流偏置，此时标本图像的结构呈现出正或负的立体浮雕形象；通过获取至少两个不同方向的微分以及偏置强度分布并进行算法重构，从而定量获得入射的相位场。

2.根据权利要求1所述的一种基于光学自旋霍尔效应以及古斯-汉森效应的微分相衬方法，其特征在于，在消光条件下，由入射偏振控制器件、不同介质间平面界面、以及出射偏振控制器件构成的器件满足平面波消光条件，即一束平面波经过上述器件后，光束被完全消去，此时器件的传递函数的常数项为零。

3.根据权利要求1所述的一种基于光学自旋霍尔效应以及古斯-汉森效应的微分相衬方法，其特征在于，在消光条件下，器件的出射光场的强度分布与入射光场的空间微分分布的模的平方成正比，器件的传递函数为H＝-(C₁k_x+C₂k_y)，其中C₂＝δ(r_p+r_s)sin(γ₁-γ₂)/2，γ₁与γ₂分别代表入射光场与出射光场的偏振方向，r_s与r_p分别为s偏振光与p偏振光在入射角θ的菲涅尔系数，δ为自旋霍尔效应造成的横向位移，k_x与k_y分别为光束波矢在x方向和y方向的分量。

4.根据权利要求1所述的一种基于光学自旋霍尔效应以及古斯-汉森效应的微分相衬方法，其特征在于，在改变出射光场偏振态的选择从而在微分场中加入正或负的直流偏置时，当偏振态改变十分微小的情况下，忽略由于古斯-汉森角位移所带来的微小形变。

5.根据权利要求1所述的一种基于光学自旋霍尔效应以及古斯-汉森效应的微分相衬方法，其特征在于，利用消光条件下拍摄到的强度分布与加入偏置时拍摄到的强度分布相减，得到入射光场微分分布的正负号，即可获得准确的入射光场的空间微分；利用傅里叶微分重构算法对至少两个方向的准确的入射光场的空间微分进行处理，即可恢复入射的相位场。

6.根据权利要求1所述的一种基于光学自旋霍尔效应以及古斯-汉森效应的微分相衬方法，其特征在于，经过标本图像的光束为单一偏振光束，用于观测双折射样品；根据获得的入射相位场，定量检测标本图像的光学厚度分布。

7.根据权利要求1所述的一种基于光学自旋霍尔效应以及古斯-汉森效应的微分相衬方法，其特征在于，该方法用于X射线以及电子束相干光束或部分相干光束的相位成像。

8.一种基于光学自旋霍尔效应以及古斯-汉森效应的微分相衬系统，其特征在于，包括依次连接的相位信息加载系统、方向微分相衬系统和图像接收系统；所述相位信息加载系统以相干光或部分相干光为载体加载标本图像的相位信息，并将其输入方向微分相衬系统进行处理；所述方向微分相衬系统，利用不同介质间平面界面上的光学自旋霍尔效应以及古斯-汉森效应，通过对入射光场偏振态以及在消光条件下对应的出射光场偏振态的选择，获得沿不同方向的微分场的强度分布；光束相干长度大于波长量级以保证界面上的相干性；改变出射光场偏振态的选择即可在微分场中加入正或负直流偏置，此时标本图像的结构呈现出正或负的立体浮雕形象；所述图像接收系统用于分别获取两个不同方向的微分以及偏置强度分布并进行算法重构，从而定量获得入射的相位场。

9.根据权利要求8所述的一种基于光学自旋霍尔效应以及古斯-汉森效应的微分相衬系统，其特征在于，所述相位信息加载系统能够产生经过透明物质的相位场，用于探测透明物质的相位信息。