透射型光学元件分层相位成像的装置和方法制造方法及图纸

一种透射型元件分层相位成像的装置和方法，该装置由相干光源、扩束器、会聚透镜、待测光学元件、二维电动平移台、探测器和计算机组成，本发明专利技术相干光源发出的准平行光经过会聚透镜后形成的会聚球面波作为待测光学元件的照明光，在计算机的控制下驱动二维电动平移台移动待测光学元件，并在待测光学元件后一定距离处用探测器记录待测光学元件在不同位置时的衍射光斑，通过计算机处理获得待测光学元件各层的复振幅透过率函数及各层的相位。而且测量过程中不会对光学元件的结构造成任何破坏。

Device and method for layered phase imaging of transmission type optical elements

An apparatus and method for transmitting layered phase imaging element, the device is composed of a coherent light source, a beam expander, a converging lens, the measured optical element, two-dimensional electric translation stage, detector and a computer, the invention of coherent light emitted from the quasi parallel light after convergence lens formed by converging spherical wave illumination to be as the measured optical element, driving the two-dimensional electric translation stage moving under the control of the computer optical element to be measured, and the optical element to be measured after a certain distance of diffraction spot with detector measured optical element in different position, obtain each layer of optical element through the complex amplitude phase rate function and each layer to be measured by computer. Furthermore, no damage to the structure of the optical element is performed during the measurement.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及多层结构的光学元件。特别是一种透射型光学元件分层相位成像的装置和方法。
技术介绍
与采用干涉技术来实现相位成像的典型代表‘全息’(holography)相对应，在非干涉相位成像领域也存在一个对应的测量方法，叫‘ptychography’。其基本思路在1970年前后由Hoppe等人提出，后经Fienup等人的完善逐步发展起来（参见J.R.Fienup.Phaseretrievalalgorithms:acomparison[J],Appl.Opt.,1982,21(15):2758～2769）。该方法是用所记录的物体透射光远场强度谱，通过频谱面和物面之间的反复叠代运算，将物面上收敛的计算结果作为物体的实际分布，从而得到物体的相位信息。2004年JohnRodenburg提出PtychographicIterativeEngine(PIE)，（参见J.M.RodenburgandH.M.L.Faulkner,Aphaseretrievalalgorithmforshifting本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种透射型光学元件分层相位成像的装置，其特征在于:该装置由相干光源(1)、扩束器(2)、会聚透镜(3)、待测光学元件(4)、二维电动平移台(5)、探测器(6)、计算机(7)组成，上述元件的位置关系如下：沿相干光源(1)发出的波长为λ的光依次经过扩束器(2)、会聚透镜(3)后变为球面波，球面波照射待测光学元件(4)，所述的待测光学元件（4）置于二维电动平移台(5)上并在垂直于光路方向进行逐行逐列扫描，所述的探测器(6)记录照明光经过待测光学元件后的衍射光斑分布，所述的探测器(6)输出端与所述的计算机(7)的输入端相连，计算机(7)的输出端与所述的二维电动平移台(5)的控制端相连。

【技术特征摘要】
1.一种透射型光学元件分层相位成像的装置，其特征在于:该装置由相干光源
(1)、扩束器(2)、会聚透镜(3)、待测光学元件(4)、二维电动平移台(5)、探测器(6)、
计算机(7)组成，上述元件的位置关系如下：
沿相干光源(1)发出的波长为λ的光依次经过扩束器(2)、会聚透镜(3)后变为球
面波，球面波照射待测光学元件(4)，所述的待测光学元件（4）置于二维电动平移
台(5)上并在垂直于光路方向进行逐行逐列扫描，所述的探测器(6)记录照明光经过
待测光学元件后的衍射光斑分布，所述的探测器(6)输出端与所述的计算机(7)的输
入端相连，计算机(7)的输出端与所述的二维电动平移台(5)的控制端相连。
2.利用权利要求1所述的装置对具有多层结构的透射型光学元件实现分层相位
成像的方法，其特征在于该方法包括下列步骤：
①将待测光学元件(4)置于二维电动平移台(5)上并使之与入射光束垂直，待测
光学元件具有多层结构，沿光束传播方向，依次定义为层1、层2、层3……层N-
1、层N，层1与层2之间的距离为Z1，层2与层3之间的距离为Z2，以此类推，
层N-1与层N之间的距离为ZN-1，待测光学元件最后一层距离所述的探测器的距离
为ZN,层1与所述的会聚透镜(3)的焦距之间的距离为Z0；
②所述的计算机(7)控制所述的二维电动平移台(5)使所述的具有多层结构的待
测光学元件(4)在垂直于光束传播方向的平面内进行逐行逐列扫描，步长为l,相邻两
个扫描位置处透光部分必须有重叠，重叠面积最好为光斑的三分之二，待测光学元
件(4)的移动的位置由p行q列的矩阵表示，在扫描过程中，当所述的待测光学元件
(4)处于i行j列时，所述的探测器(6)记录衍射光斑的光强分布为Ii,j，其中i为1～p
的正整数，j为1～q的正整数，p,q分别表示待测光学元件(4)扫描矩阵的总行数和总
列数，Ii,j以m行n列矩阵形式存储在计算机(7)中，扫描后的光斑全部记录完成后，
得到一组光斑数据I1,1，I1,2,...Ii,j,..Ip,q；
③利用光斑数据进行相位处理的步骤：
计算机(7)首先对待测光学元件每一层的透过率函数，包括振幅透过率和相位改
变量提供一个随机的猜测值作为初始值：
obj1=obj2...=obj3=E*exp(i*rand(a,b)*2π)，
其中：E为振幅，rand(a,b)为产生a行b列的随机矩阵，a=m+(p-1)*l，

\tb=n+(q-1)*l，其中m、n分别为光斑矩阵的行、列，p、q分别分别为扫描矩阵
的行、列，l为扫描步长；沿光束传播方向待测光学元件第一层（元件表面）处的照
明光为illu1，提供一个猜测值作为初始值：
illu1=E1*exp[-i*2πλ*Z02+r(m,n)2]*hole(m,n)]]>其中：E1为振幅，r(m,n)为m行n列矩阵，表示层1每个点距离光轴的距离，
hole(m,n)为限制照明光的范围的圆孔，其中m、n分别为光斑矩阵的行、列；
待测光学元件各层复振幅及照明光更新步骤为：
(a)计算待测光学元件在扫描位置(i,j)处被照明后光斑分布（i=1,2，…p,j=1,2…
q）：取obj1、obj2……objN的1+(i-1)*l行到m+(i-1)*l行，1+(j-1)*l列到
n+(j-1)*l列，记为obj1i,j、obj2i,j……objNi,j，
层1的透射光场为Eout_1=illu1*obj1i,j,层1的透射光场传播到层2处，根据角谱
理论计算层2表面的照明光场分布
illu2=∫∫∞A1(αλ,βλ)exp(i2πλ1-α2-β2Z1)exp[i2π(αλx2+βλy2)]dα&lambda...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海燕，刘诚，潘兴臣，孙美智，程君，朱健强，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31