相位恢复成像装置和成像方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110687078A(43)申请公布日2020.01.14(21)申请号201910822769.4(22)申请日2019.09.02(71)申请人中国科学院上海光学精密机械研究所地址201800上海市嘉定区清河路390号(72)发明人刘诚昌成成董学陶华潘兴臣朱健强(74)专利代理机构上海恒慧知识产权代理事务所(特殊普通合伙)31317代理人张宁展(51)Int.Cl.G01N21/47(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图2页(54)发明名称相位恢复成像装置和成像方法(57)摘要一种相位恢复成像装置和成像方法，包括光源、光纤、变焦光纤准直器、聚焦透镜、二维位移平台、第一鱼眼轴承、第二鱼眼轴承、空心管道、样品、二维光电探测器、电脑以及数据采集与处理软件。通过变焦光纤准直器将光束的焦点调节到第一鱼眼轴承的球心处，第一鱼眼轴承作为一个支撑点；第二鱼眼轴承与二维位移平台相连接；通过控制二维位移平台，使激光束绕其焦点转动，样品上的每一个扫描位置都与周围的扫描位置有重叠，从而提高系统的成像分辨率和视场。二维光电探测器用来记录衍射斑，由二维位移平台的位置信息计算出每一幅衍射斑的角度信息，利用迭代成像算法将样品的复振幅分布恢复出来。本发明装置结构简单，相位恢复收敛速度快，成像测量精度高。CN110687078ACN110687078A权利要求书1/2页1.一种相位恢复成像装置，其特征在于，包括光源(1)、光纤(2)、变焦光纤准直器(3)、聚焦透镜(4)、二维位移平台(5)、第一鱼眼轴承(6)、第二鱼眼轴承(7)、空心管道(8)、样品(9)、二维光电探测器(10)和数据采集与处理软件的电脑(11)；所述的光纤(2)将所述的光源(1)中的激光束导入所述的变焦光纤准直器(3)中，所述的变焦光纤准直器(3)的一端与所述的光纤(2)相连，另一端与所述的聚焦透镜(4)相连，所述的变焦光纤准直器(3)与所述的聚焦透镜(4)共同固定在所述的空心管道(8)的一端，所述的第一鱼眼轴承(6)作为支点，与所述的空心管道(8)的另一端连接，所述的空心管道(8)可以绕所述的第一鱼眼轴承(6)转动，所述的第二鱼眼轴承(7)与所述的二维位移平台(5)相连接，该第二鱼眼轴承(7)位于所述的空心管道(8)的中部；所述的二维光电探测器(10)的输出端与所述的电脑(11)的输入端相连，所述的电脑(11)的输出端与所述的二维位移平台(5)的控制端相连，所述的电脑(11)控制所述的二维位移平台(5)，所述的二维位移平台(5)带动所述的第二鱼眼轴承(7)绕所述的空心管道(8)的轴向转动或横向滑动，调节所述的变焦光纤准直器(3)，使激光束的焦点位于所述的第一鱼眼轴承(6)的球心处。2.根据权利要求1所述的的高分辨率大视场的相位恢复成像装置，其特征在于所述的光纤(2)带有衰减器，用于控制输出光的光强。3.根据权利要求1所述的的高分辨率大视场的相位恢复成像装置，其特征在于所述的二维光电探测器(10)为CCD，采集和记录样品(9)的衍射光斑。4.利用权利要求1所述的的高分辨率大视场的相位恢复成像装置对样品进行成像的方法，其特征在于该成像方法包括下列步骤：1)根据衍射光斑的实际大小，设置所述的二维位移平台(5)的步长和步数，使相邻光斑的重叠面积为60％，所述的二维位移平台(5)通过所述的电脑(11)控制其移动步长和步数，使得每次得到的衍射光斑都与周围的衍射光斑有部分重叠；2)根据实际入射光斑的尺寸大小和采集数据矩阵的大小，将所述的二维光电探测器(10)放在合适的距离上，使待记录的光斑能够被所述的二维光电探测器(10)完全接收；3)所述的二维光电探测器(10)在J个扫描位置共记录J个射光斑，并输入所述的电脑(11)中，4)令j＝15)所述的电脑(11)利用所述的数据采集与处理软件(12)对第j扫描位置的衍射光斑，进行下列迭代运算，包括以下步骤：a)第一次迭代时，初始猜测样品(9)的分布为O(r)，照明光的分布为P(r)；b)令n＝n+1，进行第n次迭代过程描述如下：根据所述的二维位移平台(5)第i扫描位置的位置信息，计算出光束偏移的角度，利用相似三角形定理，计算出光束在所述样品(9)和所述的二维光电探测器(10)上相应的位移信息：d/h＝D1/H1d/h＝(D1+D2)/(H1+H2)其中，d表示所述的二维位移平台(5)移动的距离，h表示所述的二维位移平台(5)到所述的第一鱼眼轴承(6)球心的垂直距离，H1表示所述的第一鱼眼轴承(6)球心到所述的样品(9)的垂直距离，H2表示所述的样品(9)到所述的二维光电探测器(10)的垂直距离，D1表示照明光束在所述的样品(9)上的位移距离，D2表示照明光束在所述的二维光电探