[發明專利]一種測量散射物體散射函數實部和虛部的裝置和方法

有效

• 申請號: 201510346312.2
• 申請日: 2015-06-19
• 公開（公告）號: CN104949940B
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 劉顯龍;王飛;劉琳;蔡陽健
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G01N21/47
• 分類號: G01N21/47
• 代理公司: 蘇州市中南偉業知識產權代理事務所(普通合伙)32257
• 代理人: 楊明

技術領域

本發明屬于應用光學技術領域，尤其涉及一種測量散射物體散射函數實部和虛部的裝置和方法，此測量方法能夠精確的恢復出散射物體散射函數的振幅和位相信息，可以應用于光學成像、空間遙感、天文探測等領域。

背景技術

近年來，散射物體的散射函數獲得了研究人員的廣泛關注，從物體的散射函數中可以提取出散射物體的基本特征參數，從而為物體的成像、探測等等提供重要的技術基礎。從統計力學角度來講，散射函數一般可以用關聯函數來表征，關聯函數是指空間上的某一點在不同的時刻(時域)或者是同一時刻在空間不同的位置(空域)之間起伏的一致性，如果在不同的時刻或者不同的空間位置二者具有完全一致的起伏特性，那么就說二者是完全相關的，關聯值為一；如果二者的起伏完全獨立，那么就說二者不相關，關聯值為零，一般而言，光場的關聯值介于這兩個極限值之間。

因此，我們可以通過測量兩點在時域或者空域的關聯獲得光束在時間和空間上的起伏關聯，從而還原目標物體的結構和空間等信息，這一測量手段在天文測量、信息加密、生物技術等等方面具有廣泛的應用價值，特別是在光學探測、光學通信、光束整形、粒子俘獲、光學成像等等領域，獲得了廣泛的應用。因此，散射函數的測量具有重要的實踐意義。但是在以往的實際應用中，傳統的測量并不能恢復出散射函數值(包含實部和虛部信息)，而只能夠得到散射函數的模平方，顯然這并不能夠得到散射函數的完整信息，同時這種測量方式具有嚴重的局限性，限制了對散射函數的進一步應用，到目前為止還沒有提出過完整的恢復散射函數的方法和裝置。此外，長期以來，對于散射函數的研究一直聚焦于簡單的散射函數，近幾年來，隨著更為復雜的散射函數的理論和實驗研究的發展，也催生了關于散射函數的更深層次的實踐應用，展現出更為廣闊的應用前景。

綜上所述，散射函數因其特殊的結構特征被廣泛的應用于天文觀測、國防科研、醫療衛生等重大領域，具有廣泛的應用價值，但是，正是因為其特殊的結構特征，如何精確的測量和還原其實部和虛部信息從而得到完整的關聯信息顯得尤為重要，同時也具有重要的現實意義。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種測量散射物體散射函數實部和虛部的裝置和方法，所提出的方法能夠精確的測量出散射函數的實部和虛部信息，在光學成像、空間遙感、天文探測、信息的加密和傳輸等等領域具有重要的應用價值。

本發明的測量散射物體散射函數實部和虛部的裝置，包括激光器、對所述激光器發出的激光光束進行擴束的擴束器、將擴束后的所述激光光束分成相垂直的透射光束與反射光束的第一分光鏡、分別將所述透射光束與所述反射光束反射90°的第一反射鏡與第二反射鏡、以及將反射后的所述透射光束與所述反射光束共軸疊加的第二分光鏡、將疊加后的光束的光強信息轉換為圖片信息的探測傳感器，以及與所述探測傳感器通信連接的微型計算機，散射物體置于所述第一反射鏡與第二分光鏡之間或置于所述第二反射鏡與第二分光鏡之間。

進一步的，所述第一分光鏡與所述第一反射鏡和第二反射鏡之間均設有中性密度濾波片。

進一步的，所述激光器為線偏振單縱模He-Ne氣體激光器。

進一步的，所述第一分光鏡與第二分光鏡的分光比均為50：50。

本發明還提供一種測量散射物體散射函數實部和虛部的方法，包括步驟：

(1)將線偏振He-Ne激光器產生的準直的線偏振激光束光束經擴束鏡擴束，由第一分光鏡均勻分為透射光束和反射光束；

(2)將第一分光鏡透射的完全相干準直線偏振光束，由中性密度濾波片后經第一反射鏡反射成完全相干光束到第二分光鏡處；

(3)將第一分光鏡反射的完全相干準直線偏振光束，由中性密度濾波片后經第二反射鏡反射到某一散射物體，產生具有一定散射函數分布的散射光束；

(4)將產生的散射光束與完全相干光束經第二分光鏡共軸疊加，產生的疊加光束源由探測傳感器接收，將探測傳感器記錄的數據傳送至微型計算機程序處理后得到散射函數的實部和虛部信息。

進一步的，所述微型計算機處理步驟為：

(1)所述微型計算機根據所述探測傳感器記錄的光強矩陣I(r)，將所述探測傳感器上接收到疊加光束源的光場和光強信息分別表示為兩疊加的光源電場的矢量和以及光強信息的疊加，根據公式