[發明專利]一種基于多步相位調制的光場復振幅測量裝置及方法

有效

• 申請號: 202010113732.7
• 申請日: 2020-02-24
• 公開（公告）號: CN111220283B
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 陳曉義;段亞軒;李紅光;王璞;李銘;達爭尚
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G01J9/00
• 分類號: G01J9/00
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 董娜

本發明涉及相位恢復技術，提供了一種基于多步相位調制的光場復振幅測量裝置及方法，解決現有相位恢復技術需要復雜掃描過程以獲得多個衍射強度，在掃描過程中引入的位移誤差和光路傾斜，影響相位恢復收斂速度和精度的問題。其中裝置包括調制系統、探測器及數據處理單元；調制系統用于加載n個調制相位，對待測光場進行調制，獲得待測光場的n個衍射光強，n為大于等于4的整數；n個調制相位與待測光場不同頻段的相位相適配；探測器用于接收調制后的n個衍射光強；數據處理單元包括存儲器和處理器，存儲器上存儲有用于處理n個調制相位和n個衍射光強的計算機程序，該計算機程序被處理器執行時實現相位恢復方法計算待測光場復振幅。

技術領域

本發明涉及相位恢復技術，具體涉及一種基于多步相位調制的光場復振幅測量裝置及方法。

背景技術

光場復振幅信息包含光強和相位信息，光強信息可以由探測器直接探測獲取，而相位信息一般需采用相位恢復技術獲得。然而恢復相位信息是各種成像系統中至關重要的部分，并且在許多技術和科學應用中發揮著重要作用，如生物組織成像、x射線晶體學、微波全息術、條紋圖案分析、天文學成像、天線探測以及自適應光學等領域中。

目前，測量相位的方法可分為兩大類：一類使用參考光束即干涉測量，另一類不使用參考光束，也被稱為相位恢復技術。干涉測量雖然是定量測量相位的最合適方法，但其需要理想的參考光，對于某些成像系統，干涉測量方法不再適用。相位恢復技術不需要參考光束，利用探測器獲取的衍射場強度信息，通過相位恢復算法迭代計算得到被測光場復振幅。

相位恢復技術本質上為數學尋優問題，其難點在于如何高精度、快收斂的得到被測光場復振幅信息。通常利用先驗知識給出初始假設值，然后通過各種數學手段或者物理手段進行約束實現相位恢復技術的高精度和快收斂。常用的數學手段為GS約束，該約束將計算的衍射光強用實際探測的光強替代而保留相位，但這種約束方法不易收斂。為了進一步提高相位恢復的收斂性，在數學手段上相繼提出了誤差減少(ER)、混合輸入輸出(HIO)等約束。這些數學約束手段，相較于GS約束，可在一定程度上加快收斂，但仍易受初始假設值的影響。而在物理手段方面，利用多個衍射光強施加約束也是最便捷和最有效的一種約束手段。這種約束手段在PIE(Ptychographical Iterative Engine)技術、SBMIR(Single-Beam Multiple Intensity Reconstruction)技術及其改進技術均有應用，并且效果很好。但上述技術需要一維或者二維的復雜掃描過程以獲得多個衍射強度，在掃描過程中引入的位移誤差和光路傾斜誤差，也會影響相位恢復的收斂速度和精度。

發明內容

為了解決現有相位恢復技術需要一維或者二維的復雜掃描過程以獲得多個衍射強度，在掃描過程中引入的位移誤差和光路傾斜，也會影響相位恢復收斂速度和精度的技術問題，本發明提供了一種基于多步相位調制的光場復振幅測量裝置及方法。

為實現上述目的，本發明提供的技術方案是：

一種基于多步相位調制的光場復振幅測量裝置，其特殊之處在于：包括調制系統、探測器及數據處理單元；

所述調制系統用于加載n個調制相位，對待測光場進行調制，獲得待測光場的n個衍射光強，n為大于等于4的整數；所述n個調制相位與待測光場不同頻段的相位相適配；

所述探測器用于接收調制后的n個衍射光強；