分别用于确定输入光场的输入相位和/或输入振幅的方法，干涉仪和信号处理设备技术

本发明专利技术涉及分别用于确定输入光场的输入相位和/或输入振幅的一种方法、一种干涉仪和一种信号处理设备。借助于振幅分割法将输入光场划分成第一光场和第二光场。以这样的方式传播第一光场和第二光场，即传播的第二光场相对于传播的第一光场被散焦。传播的第一光场与传播的第二光场叠加并引起干涉。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】分别用于确定输入光场的输入相位和/或输入振幅的方法，干涉仪和信号处理设备
本公开涉及一种用于确定输入光场的输入相位和/或输入振幅的方法。本公开还涉及分别用于确定输入光场的输入相位和/或输入振幅的一种干涉仪和一种信号处理设备。本公开的其他方面涉及一种用于确定输入光场的输入相位和/或输入振幅的方法的用途。
技术介绍
光学干涉仪有时用于重建光场的相位和/或振幅。例如，这使得能够进行三维图像重建。特别地，物体或物体的单个点的空间位置(例如位置和/或结构)应由借助于检测器测量的、与物体相互作用的光场的强度来确定。在常规的光学系统中，经常出现这样的问题，即干涉仪的横向分辨率和/或轴向分辨率(即景深)受到限制，并且因此使图像重建变得困难。另外，对于使用外部参考射束(即，不受物体影响的参考射束)的常规的干涉仪结构，在光学系统的构造上可能会受到限制。对于不使用外部参考射束的所谓的自参考系统，这些限制较低。
技术实现思路
一个目的在于给出一种改进的、用于确定在自参考中的输入光场的输入相位和/或输入振幅的方法。此外，应给出分别用于确定输入光场的输入相位和/或输入振幅的一种改进的干涉仪和一种改进的信号处理设备。特别地，该方法可以用于非相干光和/或用于仅部分相干光。根据至少一个实施例，在这里描述的用于确定输入光场的输入相位和/或输入振幅的方法包括以下步骤：a)将所述输入光场的振幅分割成第一光场和第二光场；b)以这样的方式传播所述第一光场和所述第二光场，即传播的第二光场相对于传播的第一光场被散焦；c)以这样的方式在检测器上对传播的第一光场和传播的第二光场进行振幅叠加和成像，即传播的第一光场的各第一光斑和传播的第二光场的各第二光斑在所述检测器上发生干涉以形成输出光场的公共的输出光斑并且所述输出光场在所述检测器处产生干涉图，其中，发生干涉以形成所述输出光场的公共的输出光斑的所述第一光场的所述各第一光斑和所述第二光场的所述各第二光斑由所述输入光场的同一个输入光斑产生，并且其中，所述输出光场具有至少三个输出光斑，对于所述至少三个输出光斑，以下适用：(i)所述输出光场在所述至少三个输出光斑的不同的输出光斑处是无相互相干性的，并且(ii)所述输出光场在所述至少三个输出光斑的一个输出光斑内具有至少部分空间相干性；d)借助于所述检测器测量所述干涉图的至少一部分，并由所测量的干涉图确定复合干涉项；和e)由所述复合干涉项至少部分地确定所述输入相位和/或所述输入振幅。在这里描述的方法的实施例可以在以下应用的至少一个中使用：-电子聚焦；-图像校正，特别是图像的锐化；-光学系统的像差校正；-测量三维物体的表面结构；-通过部分时间不相干光源和/或借助于光致发光来测量物体；-测量薄层的构造；-测量相位物体，特别是相敏的明场测量或暗场显微镜；-确定物体在三维空间中的位置。根据至少一个实施例，一种用于确定输入光场的输入相位和/或输入振幅的干涉仪包括分割装置(Teilungsvorrichtung)、成像装置和检测器。分割装置限定第一干涉仪臂和第二干涉仪臂，其中，第二干涉仪臂具有散焦单元。分割装置被设置成用于借助于振幅分割法将输入光场划分成第一光场和第二光场。分割装置和成像装置被设置并调整成用于以这样的方式借助于振幅叠加来叠加沿着第一干涉仪臂传播的第一光场和沿着第二干涉仪臂传播的第二光场并且以这样的方式成像到检测器上，即第一光场的各第一光斑和第二光场的各第二光斑在检测器处发生干涉以形成输出光场的公共的输出光斑并且输出光场在检测器处产生干涉图。检测器被设置成用于测量干涉图的至少一部分。散焦单元被设置成用于将沿着第二干涉仪臂传播的第二光场散焦。以这样的方式设置和调整散焦单元、分割装置、成像装置和检测器，即所述输出光斑投射到多个光斑像素上，其中，对于至少10％的光斑像素，在光斑像素的位置上，在第一光场和第二光场之间的以2π为模的相位差的变化大于0.1π。根据至少一个实施例，一种用于确定输入光场的输入相位和/或输入振幅的信号处理设备包括输入模块、存储模块和评估模块。输入模块被设置成用于由源自检测器的信号确定复合干涉项。存储模块包括传播成像(Propagatorabbildung)，其中，所述传播成像描述沿着光程长度传播的第一光场到沿着光程长度传播的第二光场的传播，其中，传播的第二光场相对于传播的第一光场被散焦。备选地或附加地，存储模块可以包括至少一个点扩散函数(Punktspreizfunktion)。评估模块被设置成用于由复合干涉项和传播成像和/或点扩散函数来确定输入光场的输入相位和/或输入振幅。附图说明其他的方面从专利权利要求书、说明书、附图以及结合附图描述的实施例中得出。在下文中解释了在这里描述的方法、在这里描述的干涉仪、在这里描述的信号处理设备以及在这里描述的用途的实施例。为此也部分地参考附图。在附图中，相同的、相同类型的、相似的或相同作用的元件配有相同的附图标记。附图和在附图中所示的元件之间的尺寸比例不应视为按比例绘制。图1示意性地示出了在这里描述的干涉仪和在这里描述的方法的实施例。图2示意性地示出了两个光斑相对于彼此的轴向位移。图3示意性地示出了主平面的构造。图4示意性地示出了用于在这里描述的干涉仪的实施例的微透镜阵列。图5示意性地示出了射束簇的焦点位置的位移。图6示意性地示出了在这里描述的信号处理设备的实施例。图7和图8分别示出了在这里描述的干涉仪和在这里描述的方法的示意性实施例。具体实施方式在这里描述的该方法的实施例中的一些实施例可以特别地与在这里描述的干涉仪的实施例和/或在这里描述的信号处理设备的实施例一起实施。即，在结合该方法的实施例下公开的所有特征在加以必要的修改下对于干涉仪的实施例和/或信号处理设备的实施例来说是公开的并且反之亦然。在整个本公开中，除非另外明确地指出(例如借助于“恰好一个”)，冠词“一个”和/或“该”的使用可以理解为它不仅包含单数而且包含复数(在“至少一个”的意义上)。术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”等是包括性的并且意味着除列出的元件之外还可以附加地存在其他元件。在这里描述的方法可以被设置用于和/或适用于确定输入光场的输入相位和/或输入振幅。这意味着，该方法特别地可以被设置用于和/或适用于确定输入光场的至少一个输入光斑的输入相位和/或输入振幅。术语“相位”、“振幅”和“光场”在此和在下文中在其通常的物理语境中使用。但是该方法不因使用术语“光场”而被局限于可见的电磁辐射上。相反，不可见的电磁辐射，例如红外辐射和/或UV辐射，也被术语“光场”所涵盖，在这里描述的原理也可以应用于其他矢量场，例如粒子辐射。“光场”(也称为“场”)可以一般地对应于一个射束簇或多个射束簇的叠加。通常，一个光场由多个彼此不相干的射束簇组成。射束簇和/或光场可以由多个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于确定输入光场(Ei)的输入相位和/或输入振幅的方法，包括以下步骤：/na)将所述输入光场(Ei)的振幅分割成第一光场(E1)和第二光场(E2)；/nb)以这样的方式传播所述第一光场(E1)和所述第二光场(E2)，即传播的第二光场(E2)相对于传播的第一光场(E1)被散焦；/nc)以这样的方式在检测器(300)上对传播的第一光场(E1)和传播的第二光场(E2)进行振幅叠加和成像，即传播的第一光场(E1)的各第一光斑(xll，x21，x31)和传播的第二光场(E2)的各第二光斑(xl2，x22，x32)在所述检测器(300)上发生干涉以形成输出光场(Ef)的公共的输出光斑(x1，x2，x3)并且所述输出光场(Ef)在所述检测器(300)处产生干涉图，/n其中，发生干涉以形成所述输出光场(Ef)的公共的输出光斑(x1，x2，x3)的所述第一光场(Ei)的所述各第一光斑(xll，x21，x31)和所述第二光场(E2)的所述各第二光斑(xl2，x22，x32)由所述输入光场(Ei)的同一个输入光斑产生，并且/n其中，所述输出光场(Ef)具有至少三个输出光斑(x1，x2，x3)，对于所述至少三个输出光斑，以下适用：/n(i)所述输出光场(Ef)在所述至少三个输出光斑(x1，x2，x3，...)的不同的输出光斑处是无相互相干性的，并且/n(ii)所述输出光场(Ef)在所述至少三个输出光斑(x1，x2，x3，...)的一个输出光斑内具有至少部分空间相干性；/nd)借助于所述检测器(300)测量所述干涉图的至少一部分，并由所测量的干涉图确定复合干涉项(IF)；和/ne)由所述复合干涉项(IF)至少部分地确定所述输入相位和/或所述输入振幅。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181128 DE DE102018130162.61.一种用于确定输入光场(Ei)的输入相位和/或输入振幅的方法，包括以下步骤：
a)将所述输入光场(Ei)的振幅分割成第一光场(E1)和第二光场(E2)；
b)以这样的方式传播所述第一光场(E1)和所述第二光场(E2)，即传播的第二光场(E2)相对于传播的第一光场(E1)被散焦；
c)以这样的方式在检测器(300)上对传播的第一光场(E1)和传播的第二光场(E2)进行振幅叠加和成像，即传播的第一光场(E1)的各第一光斑(xll，x21，x31)和传播的第二光场(E2)的各第二光斑(xl2，x22，x32)在所述检测器(300)上发生干涉以形成输出光场(Ef)的公共的输出光斑(x1，x2，x3)并且所述输出光场(Ef)在所述检测器(300)处产生干涉图，
其中，发生干涉以形成所述输出光场(Ef)的公共的输出光斑(x1，x2，x3)的所述第一光场(Ei)的所述各第一光斑(xll，x21，x31)和所述第二光场(E2)的所述各第二光斑(xl2，x22，x32)由所述输入光场(Ei)的同一个输入光斑产生，并且
其中，所述输出光场(Ef)具有至少三个输出光斑(x1，x2，x3)，对于所述至少三个输出光斑，以下适用：
(i)所述输出光场(Ef)在所述至少三个输出光斑(x1，x2，x3，...)的不同的输出光斑处是无相互相干性的，并且
(ii)所述输出光场(Ef)在所述至少三个输出光斑(x1，x2，x3，...)的一个输出光斑内具有至少部分空间相干性；
d)借助于所述检测器(300)测量所述干涉图的至少一部分，并由所测量的干涉图确定复合干涉项(IF)；和
e)由所述复合干涉项(IF)至少部分地确定所述输入相位和/或所述输入振幅。


2.根据前述权利要求所述的方法，其中，所述传播的第二光场(E2)相对于所述传播的第一光场(E1)被沿着光轴移动。


3.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，借助于附加的调节装置设置在所述第一光场(E1)和所述第二光场(E2)之间的光程差，其中，所述光程差至少为所述输入光场(Ei)的波长的四分之一。


4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述输入光场(Ei)由具有成像光学系统的物体发射，并且其中，基于一个截平面，所述输入光场(Ei)是所述输入光场(Ei)的相互不相干的输入光斑的叠加，其中，所述截平面至少近似地是所述物体的成像光学系统的共轭平面。


5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，针对每个输出光斑(x1，x2，x3，...)，确定复合光斑干涉项(IF1，IF2，IF3，...)，并且其中，将所述复合干涉项(IF)显示为所述复合光斑干涉项(IF1，IF2，IF3，...)的叠加。


6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，将每个输出光斑成像到所述检测器(300)的多个像素上，其中，针对每个像素，确定复合像素干涉项，并且其中，所述复合光斑干涉项(IF1，IF2，IF3，...)由所述复合像素干涉项的值组成。


7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，以这样的方式将所述传播的第一光场(E1)和所述传播的第二光场(E2)成像到所述检测器(300)上，即所述检测器(300)近似地位于所述成像的图像平面中。


8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，测量所述干涉图包括测量所述干涉图的相位和振幅。


9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法在以下应用的至少一个中的用途：
-电子聚焦；
-图像校正，特别是图像的锐化；
-光学系统的像差校正；
-测量三维物体的表面结构；
-通过部分时间部分不相干光源和/或借助于光致发光来测量物体；
-测量薄层的构造；
-测量相位物体，特别是相敏的明场测量或暗场显微镜；
-确定物体在三维空间中的位置。


10.根据前述权利要求所述的用途，其中，所述方法用于图像校正和/或用于图像的电子聚焦，其中，待校正的图像通过成像装置进行拍摄，并且其中，所述待校正的图像在所述成像装置的焦点附近而不是在所述成像装置的焦点处被拍摄。


11.一种用于确定输入光场(Ei)的输入相位和/或输入振幅的干涉仪(100)，包括分割装置(101、1011、1012...

【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