[發(fā)明專利]一種基于相位層疊衍射的全息成像方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610028448.3
• 申請日: 2016-01-13
• 公開（公告）號: CN105629695B
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 董昭;王華英;沙笑慧
• 申請（專利權(quán)）人: 河北工程大學(xué)
• 主分類號: G03H1/04
• 分類號: G03H1/04;G02B27/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于相位層疊衍射的全息成像方法，包括以下步驟：

（1）入射光束通過相位調(diào)控裝置照射待測樣品，該相位調(diào)控裝置可產(chǎn)生附加相位組，最多有一個附加相位組不改變透射光束相位，其余使透射光束相位得到改變并且光束橫截面上每一部分的相位改變不完全一致，對于每個樣品該裝置產(chǎn)生的附加相位組個數(shù)不少于2個；

（2）通過含電子感光元件的接收裝置接收透過樣品的衍射圖樣，每個附加相位組對應(yīng)一個圖樣；

（3）接收裝置將這些衍射圖樣傳至處理器中，處理器利用再現(xiàn)算法對這些衍射圖像后處理，從而呈現(xiàn)透射樣品全息圖像。

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于相位層疊衍射的全息成像方法，其特征在于入射光束的波函數(shù)已知。

3.如權(quán)利要求1所述的一種基于相位層疊衍射的全息成像方法，其特征在于入射光束波函數(shù)未知，其波函數(shù)按以下步驟計算：

（3.1）移開待測樣品，入射光束通過相位調(diào)控裝置直接照射到含電子感光元件的接收裝置上，該相位調(diào)控裝置可產(chǎn)生附加相位組，最多有一個附加相位組不改變透射光束相位，其余使透射光束相位得到改變并且光束橫截面上每一部分的相位改變不完全一致，對于每個樣品該裝置產(chǎn)生的附加相位組個數(shù)不少于2個；

（3.2）通過含電子感光元件的接收裝置接收此時的衍射圖樣，每個附加相位組對應(yīng)一個圖樣；

（3.3）接收裝置將這些衍射圖樣傳至處理器中，處理器利用再現(xiàn)算法對這些衍射圖像后處理，從而得到入射光波的波函數(shù)。

4.如權(quán)利要求1所述的一種基于相位層疊衍射的全息成像方法，其特征在于再現(xiàn)算法按以下步驟實現(xiàn)：

（4.1）首先猜想待測樣品分布函數(shù)為O，用P表示相位調(diào)控裝置前入射光束波函數(shù)，第n個附加相位組引起入射波函數(shù)改變的因子設(shè)為D_n，則樣品前的入射光波函數(shù)可以寫為P’=Fre(PD_n,z₀)，其中z₀表示相位調(diào)控裝置到樣品的距離，F(xiàn)re()表示Fresnel衍射函數(shù)，此時樣品后的出射波函數(shù)為φ=P’D_n，初始時采用第1個附加相位組D₁；

（4.2）根據(jù)步驟4.1中入射波函數(shù)φ計算在接收裝置接收平面的接收函數(shù)Φ，Φ=Diff(φ,z)，其中Diff()代表相應(yīng)的衍射函數(shù)，z代表待測樣品到接收平面的距離，當(dāng)z較大時Diff選擇為Frauhofer衍射函數(shù)，z較小時為Fresnel衍射函數(shù)；

（4.3）接收函數(shù)Φ可寫為Φ=|Φ|·exp(iθ)，其中|Φ|表示Φ的模分布，θ為其輻角，將Φ的模用真實衍射數(shù)據(jù)來代替，于是得到新的接收函數(shù)Φ_c，，其中I是第n個附加相位組時接收裝置所接收衍射圖樣的強度分布；

（4.4）利用新的接收函數(shù)Φ_c推知新的出射波函數(shù)φ_c，其中φ_c=iDiff(Φ_c,z)，其中iDiff()表示步驟4.2中相應(yīng)衍射函數(shù)的逆運算；

（4.5）更新猜測的物函數(shù)O，所用公式如下：

其中*表示相應(yīng)函數(shù)的復(fù)共軛，角標max代表矩陣中最大元素值，α為迭代系數(shù)，取值為1；

（4.6）將步驟4.1中的O用O_new代替，采用第n+1個相位組，重復(fù)步驟4.1至4.5，直至所有的相位組均運算完畢，得到新的O；

（4.7）將步驟4.6中得到的O，計算測試波函數(shù)Φ_n,T=Diff(P’_n, z)，當(dāng)

小于某一值Err時，此時的O即為待測樣品分布函數(shù)；若不小于Err，則重復(fù)步驟4.1-4.7，直至得到符合要求的O為止；Err取值為10^-5。