[發明專利]一種基于相位層疊衍射的全息成像方法

有效

• 申請號: 201610028448.3
• 申請日: 2016-01-13
• 公開（公告）號: CN105629695B
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發明（設計）人: 董昭;王華英;沙笑慧
• 申請（專利權）人: 河北工程大學
• 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

本發明公開了一種基于相位層疊衍射算法對透明半透明物體進行全息重建的方法，屬于全息成像領域。該方法利用空間光調制器或已知相位的隨機相位片來調節入射光相位，產生一系列具有不同相位組合的入射光，利用該入射光照射樣品，從而獲得一系列衍射圖。通過對這些衍射圖進行迭代計算，從而獲知待測物體相位信息，實現其全息成像。該方法無需精密的微機械移動裝置，也無需二極管激光陣列，結構相對簡單，并且所需衍射圖個數較傳統層疊衍射算法少得多，運算速度則相應有較大提高。

技術領域

本發明屬于全息成像領域，具體涉及利用相位層疊衍射算法對樣品進行全息成像的方法。

背景技術

在通過透射光對透明或半透明物體進行全息成像，人們除對透射光強進行記錄外，還可以記錄物體的相位，從而來獲知物體的形態和內部更加精細的結構，尤其是對透明物體而言，由于透射光強幾乎沒有變化，全息成像更是獲得其內部結構的不可或缺的手段。傳統的全息成像方法通過引入參考光，讓參考光和透射光產生干涉，從而來獲取物體相位信息。最初的全息方法是不額外引入參考光，讓通過物體邊緣的光充當參考光，讓其和透射光干涉，來獲取全息圖像，但該方法所產生的全息像及其對稱像重疊在一起，不容易得到清晰的全息圖像。在該方法的基礎上，20世紀60年代引入離軸全息術，即參考光和透射物光不在同一光軸上，該方法得到廣泛應用，雖然其可以將物體全息像及其對稱像分開，但是該方法需要穩定的參考光，并且額外參考光路的引入也增加了裝置的復雜性。

層疊衍射方法（ptychography）是新近開始蓬勃發展起來的一種新型獲取物體全息圖的方法，與一般的全息方法（holography）不同，該方法無需參考光，而是通過改變光波和物體的橫向相對位置獲取一系列衍射圖像，照射在物體上的光斑和其它至少一個光斑有重疊部分。這一系列衍射圖像通過CCD、CMOS等光電記錄裝置進行記錄，并通過計算機進行相干衍射迭代計算，從而對物體全息成像，如果光波函數未知的話，還可以獲得光波函數信息（P.Thibault et al, Ultramicroscopy, 109, 338-343, 2009）。然而，傳統的層疊衍射方法需要微機械裝置來移動光斑和樣品，這對機械裝置提出了很高的要求，為了提高測量精度，該方法需要提高各個光斑間重疊面積，這使得迭代計算時時間代價消耗較大。G.Zheng等人在傳統層疊衍射方法基礎上于2013年提出了Fourier空間的相干衍射成像方法，該方法無需機械裝置，而是利用高能量發光二極管產生激光陣列，利用CCD接收不同二極管照射時的光斑（G. Zheng et al, Nature Photonics,7,739-745,2013）；為提高測量精度該方法同樣需要增加二極管個數或改變其發光陣列形態，這也在一定程度上增加了設備的復雜程度。

發明內容

本發明的目的在于提出一種基于相位層疊衍射算法的透明半透明樣品全息成像方法。該方法利用空間光調制器或已知相位的隨機相位片來調節入射光相位，產生一系列具有不同相位的入射光，利用該入射光照射樣品，從而獲得相應的一系列衍射圖。通過對這些衍射圖進行迭代計算，從而獲知待測物體相位信息，實現其全息成像。該方法無需精密的微機械移動裝置，也無需二極管激光陣列，結構相對簡單，并且所需衍射圖個數較傳統層疊衍射算法少，運算速度則相應提高。

本發明技術方案如下：

一種基于相位層疊衍射的透射樣品全息成像方法，包括以下步驟：

（1）激光等入射光束通過空間光調制器或者已知相位的隨機相位片等相位調控裝置照射待測樣品，其可產生附加相位組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，但一般對于第一個附加相位組，其不使透射光束相位改變，對于一般的相位調節裝置而言，其對振幅也有一定的調節能力，調節量能夠知道；

（2）通過高速CCD或CMOS等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一個圖樣，對于每個待測樣品，相位調控裝置產生的附加相位組個數不少于2；