[發明專利]單次曝光相位恢復成像裝置和成像方法

在審

• 申請號: 202011102150.5
• 申請日: 2020-10-15
• 公開（公告）號: CN112326601A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 劉誠;昌成成;陶華;潘興臣;朱健強
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01N21/47
• 分類號: G01N21/47
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

1.一種單次曝光相位恢復成像裝置，其特征在于，包括LD光源(1)、半球殼(2)、小孔(3)、樣品(4)、二維位移平臺(5)、二維光電探測器(6)和電腦(7)；

所述的LD光源(1)按照5行6列的方式固定在所述的半球殼(2)上，同時指向該半球殼(2)的球心，所述的小孔(3)位于所述的半球殼(2)的球心處，所述的樣品(4)置于所述的二維位移平臺(5)上并放在所述的小孔(3)后面相鄰光束有交疊的區域內，所述的二維光電探測器(6)置于所述的樣品(4)的衍射光方向，所述的二維光電探測器(6)的輸出端與所述的電腦(7)的輸入端相連，所述的電腦(7)的輸出端與所述的二維位移平臺(5)的控制端相連。

2.根據權利要求1所述的單次曝光相位恢復成像裝置，其特征在于所述的半球殼(2)用來固定所述的LD光源(1)和所述小孔(3)，保證所述的LD光源(1)輸出的30個光束都指向球心并通過所述的小孔(3)。

3.根據權利要求1所述的單次曝光相位恢復成像裝置，其特征在于所述的二維光電探測器(6)為CCD，采集和記錄所述的樣品(4)的衍射光斑。

4.利用權利要求1所述的單次曝光相位恢復成像裝置對樣品成像的方法，其特征在于該成像方法包括下列步驟：

1)所述的二維平移臺(5)在所述的電腦(7)的控制下，帶動所述的樣品(4)進行掃描，用迭代算法分別恢復出30束激光的復振幅分布，記為P_i，j(x,y)；

2)所述二維光電探測器(6)記錄一幅同時含有30個子衍射光斑的圖像并輸入所述的電腦(7)，30個子衍射光斑按照5行6列的方式排列，與30束照明激光相對應，并且30束照明激光在所述的樣品(4)上相互之間有重疊，在所述的二維探測器(6)的成像面上分開，相互之間無重疊；

3)所述的電腦(7)對所述的衍射光斑進行下列迭代運算，包括以下步驟：

a)以小孔(3)所在的平面為x-y平面，以垂直于該平面的軸為z軸，假設每一束激光與x軸和y軸的夾角分別為α_n，β_n，第一次迭代時，已知照明光的分布為P_i，j(x,y)，初始猜測所述的樣品(4)的分布為O(x,y)；其中，i表示行信息，j表示列信息；

b)計算第n個衍射斑的出射光場U'_n(x,y)＝P_n'(x,y)O^K(x,y)，以及對應的傅里葉變換其中K表示迭代次數；

c)將出射光場傳遞到所述的二維探測器(6)的CCD面，并計算衍射強度；

d)應用衍射強度約束更新衍射面的光強分布，保持光場相位值不變，振幅值用記錄到的衍射強度的平方根來替換；

e)將更新后的光場反向傳播到所述的樣品(4)的樣品面，得到更新的樣品透射光場分布；

f)使用下面的公式更新樣品分布函數：

其中，*代表復共軛操作，|P_n’(x,y)|_max是當前位置處樣品強度的最大值，η為常數，用于控制更新步長；

g)移動至下一個子衍射光斑位置，當所有衍射光斑都更新完成后，進入下一步驟：

h)計算均方根誤差Erro，其定義為：

i)當衍射光斑均方根誤差Erro小于設定的精度要求時，迭代結束；當衍射光斑均方根誤差Erro大于設定的精度要求時，返回步驟b)。