用于确定输入射束簇的相位的方法技术

本申请提供一种用于以无参考射束方式确定输入射束簇(110、Ein)的相位的方法。在所述方法中，具有多道输入射束的输入射束簇(110、A)分成主射束簇(112、E1)和比较射束簇(114、E2)，使得每道输入射束分成主射束簇(112、E1)的主射束和比较射束簇(114、E2)的比较射束。主射束簇(112、E1)沿第一干涉仪臂传播，并且比较射束簇(114、E2)沿第二干涉仪臂传播。将传播的主射束簇(112、E1)和传播的比较射束簇(114、E2)叠加以形成具有多道干涉射束的干涉射束簇。沿第一干涉仪臂和第二干涉仪臂传播如此实现，使得干涉射束簇中的至少一道干涉射束配备有输入射束簇(110、Ein)的第一输入射束的传播的主射束簇(112、E1)的主射束与配备有输入射束簇(110、Ein)的第二输入射束的传播的比较射束簇(114、E2)的比较射束的叠加，第二输入射束不同于第一输入射束。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于确定输入射束簇的相位的方法
本专利技术涉及一种用于确定输入射束簇的至少一个相位的方法，无需参考射束执行所述方法。可以使用干涉仪或干涉仪系统执行所述方法。所述方法可以用于对象的全息成像。
技术介绍
在此处和下文中，将干涉仪系统或干涉仪理解为能够执行干涉测量的设备、构件和/或结构。就此而言，这种设备、构件或结构并非必然已经执行干涉测量。公知的干涉仪例如为迈克尔逊干涉仪、马赫曾德干涉仪、萨格纳克干涉仪或法布里珀罗干涉仪。
技术实现思路
本申请方法中使用的所有干涉仪的共同之处可在于，存在至少两道射束簇。另外，在本申请的方法中使用的所有干涉仪的共同之处可在于，存在从输入射束簇生成至少两道射束簇的至少一个分束器。干涉仪臂可以在空间上分开或重叠。将通过多个场的干涉所产生的强度波动特别称为干涉图。特定而言，干涉图可以是强度图案。在此处和下文中，术语“全息成像”或“全息技术”尤指能够存储、重建和/或测量波阵面的振幅与相位信息并且生成全息图的干涉测量技术。在此处和下文中，“全息图”尤指特别是一般的相位图获取。举例而言，使用一个或多个干涉图形成全息图。生成全息图可能需要进一步的物理步骤和/或处理多个干涉图。生成全息图可以采用物理方式(例如，借助照相底片)或数字方式(例如，借助数字存储干涉图和数字重建)实现。在所谓数字全息摄影的情况下，采用数字方式存储全息图。另外，在此处和下文中，术语“全息相机”尤指适于测量入射场、特别是光场的相位和/或振幅的设备。在普通的干涉仪和全息测量系统或相机中，使用未经衍射和/或未经反射的参考射束，特别是外部参考射束。在外部参考射束的情况下，测量构件的空间条件(例如，光源、对象和/或其他测量设备)必须适于提供这类参考射束，否则将无法进行这种测量。本专利技术的目的是提供一种允许无参考射束确定输入射束簇的相位的方法。本专利技术的进一步目的是提供一种允许无参考射束就能评估两个未知场间的干涉以便在过程中确定场至少一个的相位的方法。通过权利要求1所述的方法达成该目的。从属权利要求定义本专利技术的进一步的实施方式。本专利技术提供一种用于确定输入射束簇的相位的方法。举例而言，能够通过确定相位来测量对象的三维结构。该三维结构可以是对象的表面结构和/或三维形状。作为替代或补充方案，通过确定相位，能够生成特别是三维对象的全息图像。举例而言，可以使用用于在全息相机中生成全息图的方法。所述方法可以采用物理方式和/或数字方式实现。在此处和下文中，术语“物理”尤指借助物理构造和测量执行的方法。在此处和下文中，术语“数字”尤指计算方法和/或基于模拟的方法。在数字实现方案中，所述方法可以是线性的和/或纯分析的。换言之，数字方法仅需线性方程的解，特别是解析解。在下文中，“场”可以对应于射束簇。在此处及下文中，“射束簇”可以用沿传播方向传播的向量场来描述，特别是电磁向量场。作为替代方案，向量场可以是粒子场，如中子场。举例而言，射束簇是高斯射束簇。它横向于、特别是正交于射束簇具有二维横截面。在此处和下文中，空间中的z方向可以是传播方向，而横截面可以跨越x方向和y方向。射束簇可以由射束组成，每道射束在数学含义上描述横截面的点沿传播方向的传播。射束簇也可以是数字射束簇，其中可以在数字射束簇中通过模拟和/或计算实现物理射束簇的相应物理特性。射束簇可以具有振幅，特别是复振幅，其绝对值平方对应于强度。对于复振幅A，如下适用：A＝|A|·exp(iχ)，其中|A|为复振幅的绝对值且χ为相位。在下文中，术语“振幅”尤指复振幅的绝对值，除非另作明确说明。通常复振幅可为位置函数。复振幅以及因此强度和/或相位可以沿射束簇、特别是沿射束簇的横截面变化。复振幅也可以沿射束簇的传播方向变化。换言之，在沿传播方向的固定点，射束簇横截面具有二维复振幅或二维强度和相位。当一个横截面上的复振幅已知时，能够计算另一横截面的复振幅。举例而言，这可以借助解亥姆霍兹方程和/或使用惠更斯、瑞利和索末菲传播理论来实现。这种方法称为传播。传播的数学表示可以通过传播映射来实现。举例而言，描述射束簇的向量场可以分成振幅项和相位项。另外，射束簇具有至少一个描述射束簇的时间振荡的频率。频率可以对应于射束簇的射束的波长。特定而言，射束簇可以具有多个频率。于是，射束簇例如是多色场。根据所述方法的至少一个实施方式，提供了一种具有相位的输入射束簇。输入射束簇包括多道输入射束，这些输入射束每道均具有相位。在此处和下文中，输入射束簇的相位可以是输入射束的所有相位的集合。作为替代方案，输入射束簇的相位可以仅包括输入射束的一部分相位。输入射束簇还可以具有中心射束，该中心射束可以形成输入射束簇的对称轴。举例而言，输入射束簇是向量场，特别是电磁向量场，或者输入射束簇能够用向量场来描述。输入射束簇可以采用空间相干和/或准相干。输入射束簇能够包含单色或多色激光或者由单色或多色激光形成。单色激光可以具有单个中心频率，在该中心频率下，激光的强度最大。多色激光可以具有多个强度极大值和/或强度平台。举例而言，为提供输入射束簇，可以使激光在对象上反射，其中反射的射束形成输入射束簇。相位则可以包含关于对象的三维结构的信息。在此处和下文中，“空间相干”场可以具有这样的特性：对于输入面的任意两点，第一时间t的场与第二时间t’的场展示相互干涉和/或相互相干或相关。举例而言，通过借助在干涉仪中叠加两个时间的场来更改第一时间和第二时间，能够测量这种干涉和/或相干。第一时间与第二时间之差可以对应于场从光源到输入面上干涉点的不同持续时间。根据所述方法的至少一种实施方式，提供一种干涉仪系统。该干涉仪系统包括具有分束器和合束器的光学系统。该光学系统可以具有其他光学部件，如透镜、反射镜、衍射(即绕射)光学元件(DOE)和/或延迟板或者由这类光学部件组成。就衍射光学元件而言，组合两道射束簇可以通过不同的衍射阶次和/或模式来实现。分束器特别是可以具有曲面。分束器和/或合束器可以例如是90/10分束器或50/50分束器。光学系统配置为提供第一干涉仪臂和第二干涉仪臂。优选地，分束器的输出相应对应于干涉仪臂中的一个。每个干涉仪臂可以具有其他光学元件。这两个干涉仪臂可以在空间上重叠。干涉仪系统进一步包括检测面。该检测面可以是检测器的检测器平面的一部分。特定而言，检测面是包括所述方法中涉及的检测器平面的一部分。检测器优选配置成测量入射射束簇或入射场的强度并将其变换成测量信号，例如电压和/或电流。优选地，以空间分辨的方式测量该强度。换言之，检测器可以配置成在二维中测量射束簇的强度。该强度图案或强度图像称为干涉图。检测器或检测面可以是用于测量和/或存储所测得图像的物理设备。举例而言，检测面或检测器包含照相胶片和/或全息记录设备。结果为，能采用物理方式生成全息图。在干涉图的数字分析情况下，同样可以采用数字方式生成全息图。另外，检测器可以配置成以光谱分辨方式测量强度。测量信号可以对应于干涉射束簇的傅里叶变换，特别是光谱傅立叶变换。优选地，检测器或检测面构建成还测量入射射束簇的边缘区域。检测面可以具有像素，其像素栅格可以对应于像素的标引。举例而言，检测面具有由第一指数标引的水平像素以及由第二指数标引的垂直像素。检测器可以具有CCD传感器、CMOS传感器和/或有源像素传感器(A本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于确定输入射束簇(110、Ein)的至少一个相位的方法，包括以下步骤：a)提供具有多道输入射束的输入射束簇(110、Ein)，每道所述输入射束均具有相位；b)提供干涉仪系统(100)，所述干涉仪系统(100)包括检测面(124)以及用于提供第一干涉仪臂和第二干涉仪臂的光学系统，所述光学系统具有至少一个分束器(140)和合束器(144)；c)使用所述分束器(140)使所述输入射束簇(110、Ein)分成主射束簇(112、E1)和比较射束簇(114、E2)，使得每道输入射束都分成所述主射束簇(112、E1)的主射束和所述比较射束簇(114、E2)的比较射束，每道输入射束均唯一地配备有主射束和比较射束；d)沿所述第一干涉仪臂传播所述主射束簇(112、E1)，并且沿所述第二干涉仪臂传播所述比较射束簇(114、E2)；e)使用所述合束器(144)叠加传播的主射束簇(112、E1)与传播的比较射束簇(114、E2)以形成具有多道干涉射束的干涉射束簇(126)；f)通过使所述干涉射束簇在检测面(124)上传播并且测量所述干涉射束簇的至少一个干涉图样，生成全息图(126)；g)确定所述光学系统的传播映射(U)，其中，所述传播映射(U)描述了传播的主射束簇(112、E1)到传播的比较射束簇(114、E2)的传播；h)提供具有测试相位的测试射束簇(170)；i)使用所述测试射束簇(170)的至少一部分读取所述全息图(126)以生成第一射束簇(172)，并且对所述测试射束簇(170)的至少一部分应用所述传播映射(U)以生成第二射束簇(174)；j)比较所述第一射束簇(172)与所述第二射束簇(174)；以及k)由所述测试射束簇(170)的测试相位确定所述输入射束簇(110、Ein)的至少一部分相位，其中，‑重复步骤h)至j)，直至所述第一射束簇(172)与所述第二射束簇(174)除局部强度差异和/或全局相位之外基本上相同，‑步骤d)中的传播如此进行，使得每道所述干涉射束簇的至少一部分干涉射束均为配备有所述输入射束簇(110、Ein)的第一输入射束的传播的主射束簇(E1、112)的主射束与配备有所述输入射束簇(110、Ein)的第二输入射束的传播的比较射束簇(E2、114)的比较射束的叠加，所述第二输入射束与所述第一输入射束不同，以及‑所述方法不使用参考射束。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.06 DE 102016110362.41.一种用于确定输入射束簇(110、Ein)的至少一个相位的方法，包括以下步骤：a)提供具有多道输入射束的输入射束簇(110、Ein)，每道所述输入射束均具有相位；b)提供干涉仪系统(100)，所述干涉仪系统(100)包括检测面(124)以及用于提供第一干涉仪臂和第二干涉仪臂的光学系统，所述光学系统具有至少一个分束器(140)和合束器(144)；c)使用所述分束器(140)使所述输入射束簇(110、Ein)分成主射束簇(112、E1)和比较射束簇(114、E2)，使得每道输入射束都分成所述主射束簇(112、E1)的主射束和所述比较射束簇(114、E2)的比较射束，每道输入射束均唯一地配备有主射束和比较射束；d)沿所述第一干涉仪臂传播所述主射束簇(112、E1)，并且沿所述第二干涉仪臂传播所述比较射束簇(114、E2)；e)使用所述合束器(144)叠加传播的主射束簇(112、E1)与传播的比较射束簇(114、E2)以形成具有多道干涉射束的干涉射束簇(126)；f)通过使所述干涉射束簇在检测面(124)上传播并且测量所述干涉射束簇的至少一个干涉图样，生成全息图(126)；g)确定所述光学系统的传播映射(U)，其中，所述传播映射(U)描述了传播的主射束簇(112、E1)到传播的比较射束簇(114、E2)的传播；h)提供具有测试相位的测试射束簇(170)；i)使用所述测试射束簇(170)的至少一部分读取所述全息图(126)以生成第一射束簇(172)，并且对所述测试射束簇(170)的至少一部分应用所述传播映射(U)以生成第二射束簇(174)；j)比较所述第一射束簇(172)与所述第二射束簇(174)；以及k)由所述测试射束簇(170)的测试相位确定所述输入射束簇(110、Ein)的至少一部分相位，其中，-重复步骤h)至j)，直至所述第一射束簇(172)与所述第二射束簇(174)除局部强度差异和/或全局相位之外基本上相同，-步骤d)中的传播如此进行，使得每道所述干涉射束簇的至少一部分干涉射束均为配备有所述输入射束簇(110、Ein)的第一输入射束的传播的主射束簇(E1、112)的主射束与配备有所述输入射束簇(110、Ein)的第二输入射束的传播的比较射束簇(E2、114)的比较射束的叠加，所述第二输入射束与所述第一输入射束不同，以及-所述方法不使用参考射束。2.根据前述权利要求所述的方法，其中，步骤d)中的传播如此进行，使得所述干涉射束簇的干涉射束为配备有所述输入射束簇(110、Ein)的第一输入射束的传播的主射束簇(E1、112)的主射束与配备有所述输入射束簇(110、Ein)的第二输入射束的传播的比较射束簇(E2、114)的比较射束的叠加，所述第二输入射束与所述第一输入射束相同。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述测试射束簇(170)能任意选自应用传播映射(U)时变成第一射束簇(17...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丁·贝尔茨，
申请(专利权)人：马丁·贝尔茨，
类型：发明
国别省市：德国,DE