探测器光电特性对叠层相干衍射成像的影响

从叠层相干衍射成像的解析求解模型出发,通过在频域中将叠层相干衍射成像描述为待测样品与照明光空间频谱的线性方程组,将探测器的光电参数和线性方程组的个数以及每个方程的未知数个数直接关联.根据方程组存在唯一解的条件,从理论上定量分析叠层相干衍射成像对探测器采样间隔、靶面宽度、像元尺寸、灵敏度和动态范围等关键光电参数的要求以及图像重建所受影响.通过数值模拟,对理论分析和预测的正确性进行了数值验证,得出了参数不理想情况下叠层相干衍射成像仍能获得高质量重建像的物理机制,对于提高重建质量和改进实验装置具有直接促进意义.

基于相干调制成像的光学检测技术

作为相干衍射成像技术的一种,相干调制成像(coherent modulation imaging,CMI)是一种无透镜相位成像技术,不同于多光斑相位恢复技术,通过引入已知的强波前调制,CMI可以实现单次曝光下对入射波前的快速重建,同时结构简单不需要参考光.除了能够用于相位成像、解决脉冲光束的在线测量问题外,本文将其用于精密光学元件(峰谷值(peak value,PV)≤0.5l,l=632.8 nm)的面型检测.为验证其测量能力,对10片口径80 mm、PV值介于0.1l和0.5l之间的石英窗口进行了重复测量,相比于商业干涉仪的测量结果,CMI算法测量结果的峰谷比值的标准偏差是0.0305l(l=632.8 nm),均方根(root-mean-square,RMS)的标准偏差为0.0052l,对于PV和RMS的测量精度可达到0.1l和0.01l,为研究其极限性能,同时对PV=l/20的平行平晶进行了对比测量,分析了其噪声来源,考虑到CMI测量算法仍有很大的改进空间,其有望成为一种区别于干涉测量的新型高精度光学元件检测技术.

基于已知振幅信息约束的叠层光电成像

为提高样品的重建精度及鲁棒性,提出一种可见光域上基于已知振幅信息约束的叠层成像方法。本方法仅需将待测样品周围的已知振幅图像作为先验参考信息,与样品共同叠层扫描,并代入迭代算法,即可获得优质的重建效果。通过模拟结果及搭建光学系统,对不同样品进行实验探究,证实了本方法的有效性。使用本方法,无需增加实验成本即可获取更优质的重建结果,并保持叠层成像技术的优势。本方法具有较强的抗噪声和抗孔径偏移能力,是一种简约、稳健、通用性强的衍射成像技术,具有较为重要的实用价值。

Ptychography相位成像及其关键技术进展

Ptychography是近些年快速发展起来的一种新型相位恢复技术,通过对待测样品以小于照明光直径的步长扫描后,利用迭代计算可以重建出照明光和样品复振幅分布,是一种理论分辨率为衍射极限的非透镜相位成像技术。虽然其提出初期受限于基本假定条件,但近些年随着相关研究的跟进,人们对Ptychography算法特性的理解逐渐深入,算法也日趋成熟,在可见光、X射线和电子束等领域已被广泛应用于相位成像、波前诊断和光学计量,因此针对影响重建过程和精度的关键因素,如模态多样化、扫描误差、光斑误差、距离误差、样品厚度不可忽略等进行了总结,并讨论了针对上述问题的关键技术进展。

可见光域多波长叠层衍射成像的实验研究

运用模拟实验和光学实验研究了叠层衍射成像中波长数量和噪声对复原结果的影响.模拟结果表明,在多波长叠层衍射成像中,复原质量随波长数量的增加而不断提高并最终达到一定极限.光学实验以不同样品进行实验验证,进一步研究了增加波长与随之引入噪声及系统复杂度间的制约关系.研究发现,并非波长越多成像效果越好,而可能存在一个最优的成像条件.利用所建实验装置,在双波长照明条件下取得了相对最优的成像效果.本结论对提高叠层衍射成像的质量具有现实意义.

基于光栅分光法的相干衍射成像

提出一种可以通过单次曝光实现PIE(ptychographic imaging engine)成像的方法,该方法用正交光栅将入射细光束衍射为传播方向不同的子光束簇以对样品进行照明,并用CCD同时记录各个子光束所形成的衍射光斑阵列.该方法很好地克服了现有PIE方法的成像质量易受机械扫描误差影响和数据采集时间过长两个缺点,具有很好的实用价值.