一种部分相干光照明下的非迭代相位恢复装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种部分相干光照明下的非迭代相位恢复装置，包括部分相干光产生单元和物体相位测量单元，所述部分相干光产生单元包括激光器、扩束镜、聚焦透镜、旋转毛玻璃片、准直透镜和高斯滤波片，还可在扩束镜与聚焦透镜之间设置螺旋相位板；所述物体相位测量单元包括分束镜、空间光调制器、反射镜、多孔阵列板、傅里叶透镜、电荷耦合元件和计算机。本实用新型专利技术与迭代算法相比，恢复过程更为快捷，能够实现实时化的物体信息恢复；与模式展开法相比，应用范围更广，能够实现关联结构未知的部分相干光照明下的物体信息恢复；同时可以拓展应用于X射线的无透镜衍射成像；具有装置简单、应用范围广、恢复速度快等优点，具有重要的应用前景。

A non iterative phase recovery device illuminated by partially coherent light

The utility model relates to a non iterative phase recovery device under partially coherent light illumination, including a partially coherent light generating unit and an object phase measuring unit. The partially coherent light generating unit includes a laser, a beam enlargement mirror, a focusing lens, a rotating wool glass piece, a quasi direct mirror and a Gauss filter, and a beam expanding mirror. A spiral phase plate is set between the focus lens and the phase measuring unit of the object includes a beam splitter, a spatial light modulator, a reflector, a porous array board, a Fu Liye lens, a charge coupled element and a computer. Compared with the iterative algorithm, the utility model has a faster recovery process and can realize real-time information recovery. Compared with the mode expansion method, the application range is wider, and the information recovery of the object under the partially coherent light illumination with unknown correlation structure can be realized, and the lensless diffraction imaging applied to X ray can be extended. It has the advantages of simple device, wide application and fast recovery, so it has important application prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种部分相干光照明下的非迭代相位恢复装置
本技术涉及光学
，尤其涉及一种部分相干光照明下的非迭代相位恢复装置。
技术介绍
对于一个包含振幅和相位信息的未知物体，可以通过电荷耦合元件对物体振幅信息进行直接观测，而相位信息并不能被直接获得，因此如何从强度信息中获取未知物体的相位信息成为了人们研究的一个重要课题。从强度信息中获取物体相位信息的技术叫做波前探测技术或者相位恢复，通过衍射或者干涉的方法获取物体相位信息以实现二维、三维成像的方法叫做相干衍射成像，该技术广泛运用于图像信息处理、微纳光学、自适应光学、材料科学以及量子层析等领域。随着相干衍射成像技术的飞速发展，分辨率已达到纳米量级，恢复装置也愈加智能、实时化。在研究波前探测技术和相位恢复时，大多都假设照明光源为完全相干光，但实际应用中，例如高分辨波前探测，往往使用x射线或者电子束作为光源进行相位恢复，这些都不是完全相干光。此外，当一束完全相干光经过介质传输以后，其空间相干性也会降低，在这些情况下，仍然将其作为完全相干光进行处理，会存在一些问题。实现相位恢复的方法有很多种，最早是在1952年，DavidSayre提出利用香农定理通过测量更高密度的光强来实现相位恢复。至今为止，人们已经研究出了一系列相位恢复的方法，例如哈特曼波前传感技术、全息干涉技术、计算相位恢复技术和叠层技术等。哈特曼波前传感技术主要是通过测量波前斜率来恢复相位信息(PlattBC,ShackR.HistoryandprinciplesofShack-Hartmannwavefrontsensing[J].JournalofRefractiveSurgery,2001,17(5):S573-S577.)，夏克哈特曼传感器基于此技术，由微透镜阵列和电荷耦合元件构成，通过测量经过微透镜聚焦在电荷耦合元件上的光斑坐标，利用泽尼克多项式模式法算出泽尼克系数来重建波前。该技术恢复速度快、灵敏度高，已被广泛运用于天文望远镜的高分辨成像、人眼视网膜细胞分辨成像等领域。全息干涉技术是利用干涉原理恢复物波光场的技术(EisebittS,LüningJ,SchlotterWF,etal.LenslessimagingofmagneticnanostructuresbyX-rayspectro-holography[J].Nature,2004,432(7019):885-888.)，分为拍摄和恢复两个过程，当一束参考光与物光进行干涉，干涉图中将记录该物体的相位和振幅信息，再用参考光照射全息干涉图，即可以恢复出物光的光场信息，从而提取物体的相位和振幅信息。随着全息干涉技术的飞速发展，使用电荷耦合元件记录干涉图样，而由计算机进行相位恢复的过程，该技术成为数字全息技术，被广泛运用在三维图像重构、数字显微成像、材料无损探伤、医学诊断等方面。计算相位恢复方法相比于前两种方法，应用范围更广，可见光以及极紫外波段皆可适用。该恢复方法是1972年提出的(GerchbergRW.Apracticalalgorithmforthedeterminationofphasefromimageanddiffractionplanepictures[J].Optik,1972,35:237.)，利用迭代算法从拍摄到的衍射光斑的强度信息中恢复相位信息，该恢复方法可以用于以X射线或者自由电子束为光源的成像系统中，实现无透镜衍射成像和相位恢复，从而减小成像系统误差，简化系统结构，因此具有极大的前景。另一种利用迭代算法的叠层成像技术(RodenburgJM,FaulknerHML.Aphaseretrievalalgorithmforshiftingillumination[J].Appliedphysicsletters,2004,85(20):4795-4797.)，是近十年来新兴的技术，通过寻找样本进行重叠扫描的模式下，满足多幅远场衍射强度图像约束的唯一复数解，因不受光学聚焦原件的限制，从而可以突破衍射极限实现超分辨成像。然而这些技术都存在一定的缺点和弊端，计算相位恢复方法的迭代算法需要大量的迭代次数和迭代时间，对于复杂相位物体，无法实现信息的快速、实时恢复，甚至会出现得不到唯一解的情况。且现有的迭代算法处理部分相干光时，会假设光源的互相关函数为高斯谢尔模，利用模式展开进行处理，然而当相干度很低的情况下，需要很多的模式数才可以正确恢复相位信息，且对于关联函数未知的光源，该模式展开的方法将不再适用。基于以上部分相干光照明下的物体信息恢复方面存在的缺陷，本专利创新性的提出一种新型的部分相干光照明下的非迭代相位信息恢复装置，使其具有应用范围广、恢复速度快、装置简单等优点，具有重要的科研及实际应用价值。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本技术的目的是提供一种部分相干光照明下的非迭代相位恢复装置，避开迭代算法的冗长和复杂，弥补模式展开法的弊端，可以实现在传统关联或关联结构复杂甚至未知的光源照明下，相位物体信息的正确、实时恢复。本技术的部分相干光照明下的非迭代相位恢复装置，包括部分相干光产生单元和物体相位测量单元，所述物体相位测量单元包括-分束镜，用于透射所述部分相干光产生单元产生的部分相干光，并反射经由空间光调制器调制后的光束；-空间光调制器，垂直于所述部分相干光产生单元的光轴放置，用于加载待测相位物体和对待测相位物体进行相位扰动的扰动点，所述空间光调制器反射所述分束镜透射的光，并让调制后的光经过所述分束镜再次发生反射；-多孔阵列板，供所述分束镜反射的光束穿过，所述多孔阵列板上设有周期排列的二维小孔阵列并在阵列中心附近设有一个参考小孔，所述多孔阵列板上的参考小孔对准所述分束镜反射的光束，所述多孔阵列板与空间光调制器之间的距离满足z≥d*L/λ，其中，d是多孔阵列板上小孔间的间隔，L是待测相位物体最宽处的尺寸，λ是部分相干光产生单元中激光光源的波长；-傅里叶透镜，紧挨所述多孔阵列板之后放置，或能够使所述多孔阵列板位于傅里叶透镜的前焦面上，用于对穿过所述多孔阵列板的光束进行傅里叶变换；-电荷耦合元件，放置在傅里叶平面处拍摄光强信息；-计算机，与所述空间光调制器和电荷耦合元件连接，控制所述空间光调制器上的相位加载，并对拍摄得到的光强进行实时反傅里叶变换、筛选以及反传输处理，获得物体的相位信息。进一步的，当目的为产生传统高斯关联的部分相干光时，所述部分相干光产生单元包括依次设置的激光器、对激光器发出的激光束进行扩束的扩束镜、对光束进行准直的准直透镜和对光束进行整形的高斯滤波片，由所述高斯滤波片出来的光透射过所述分束镜，到达所述空间光调制器。进一步的，当目的为产生拉盖尔高斯关联的部分相干光时，所述部分相干光产生单元包括依次设置的所述激光器、对激光器发出的激光束进行扩束的扩束镜、对扩束后的光进行相位改变的螺旋位相板、对光束进行准直的准直透镜和对光束进行整形的高斯滤波片，由所述高斯滤波片出来的光透射过所述分束镜，到达所述空间光调制器。进一步的，所述部分相干光产生单元还包括相干度调节组件，所述相干度调节组件包括对经所述扩束镜扩束后的光束或经所述螺旋位相板改变相位的光束进行聚焦的透镜，以及对聚焦后的光束进行散射的旋转毛玻璃，经所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种部分相干光照明下的非迭代相位恢复装置，其特征在于：包括部分相干光产生单元和物体相位测量单元，所述物体相位测量单元包括‑分束镜，用于透射所述部分相干光产生单元产生的部分相干光，并反射经由空间光调制器调制后的光束；‑空间光调制器，垂直于所述部分相干光产生单元的光轴放置，用于加载待测相位物体和对待测相位物体进行相位扰动的扰动点，所述空间光调制器反射所述分束镜透射的光，并让调制后的光经过所述分束镜再次发生反射；‑多孔阵列板，供所述分束镜反射的光束穿过，所述多孔阵列板上设有周期排列的二维小孔阵列并在阵列中心附近设有一个参考小孔，所述多孔阵列板上的参考小孔对准所述分束镜反射的光束，所述多孔阵列板与空间光调制器之间的距离满足z≥d*L/λ，其中，d是多孔阵列板上小孔间的间隔，L是待测相位物体最宽处的尺寸，λ是部分相干光产生单元中激光光源的波长；‑傅里叶透镜，紧挨所述多孔阵列板之后放置，或能够使所述多孔阵列板位于傅里叶透镜的前焦面上，用于对穿过所述多孔阵列板的光束进行傅里叶变换；‑电荷耦合元件，放置在傅里叶平面处拍摄光强信息；‑计算机，与所述空间光调制器和电荷耦合元件连接，控制所述空间光调制器上的相位加载，并对拍摄得到的光强进行实时反傅里叶变换、筛选以及反传输处理，获得物体的相位信息。...

【技术特征摘要】
1.一种部分相干光照明下的非迭代相位恢复装置，其特征在于：包括部分相干光产生单元和物体相位测量单元，所述物体相位测量单元包括-分束镜，用于透射所述部分相干光产生单元产生的部分相干光，并反射经由空间光调制器调制后的光束；-空间光调制器，垂直于所述部分相干光产生单元的光轴放置，用于加载待测相位物体和对待测相位物体进行相位扰动的扰动点，所述空间光调制器反射所述分束镜透射的光，并让调制后的光经过所述分束镜再次发生反射；-多孔阵列板，供所述分束镜反射的光束穿过，所述多孔阵列板上设有周期排列的二维小孔阵列并在阵列中心附近设有一个参考小孔，所述多孔阵列板上的参考小孔对准所述分束镜反射的光束，所述多孔阵列板与空间光调制器之间的距离满足z≥d*L/λ，其中，d是多孔阵列板上小孔间的间隔，L是待测相位物体最宽处的尺寸，λ是部分相干光产生单元中激光光源的波长；-傅里叶透镜，紧挨所述多孔阵列板之后放置，或能够使所述多孔阵列板位于傅里叶透镜的前焦面上，用于对穿过所述多孔阵列板的光束进行傅里叶变换；-电荷耦合元件，放置在傅里叶平面处拍摄光强信息；-计算机，与所述空间光调制器和电荷耦合元件连接，控制所述空间光调制器上的相位加载，并对拍摄得到的光强进行实时反傅里叶变换、筛选以及反传输处理，获得物体的相位信息。2.根据权利要求1所述的部分相干光照明下的非迭代相位恢复装置，其特征在于：当目的为产生传统高斯关联的部分相干光时，所述部分相干光产生单元包括依次设置的激光器、对激光器发出的激光束进行扩束的扩束镜、对光束进行准直的准直透镜和对光束进行整形的高斯滤波片，由所述高斯滤波片出来的光透射过所述分束镜，到达所述空间光调制器。3.根据权利要求2所述的部分相干光照明下的非迭代相位恢复装置，其特征在于：当目的为产生拉盖尔高斯关联的部分相干光时，所述部分相干光产生单元包括依次设置的所述激光器、对激光器发出的激光束进行扩束的扩束镜、对扩束后的光进行相位改变的螺旋位相板、对...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢兴园，赵承良，朱新蕾，曾军，蔡阳健，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32