本發(fā)明涉及光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種部分相干光照明下的非迭代相位恢復(fù)裝置及方法。

背景技術(shù)：

對于一個包含振幅和相位信息的未知物體，可以通過電荷耦合元件對物體振幅信息進(jìn)行直接觀測，而相位信息并不能被直接獲得，因此如何從強(qiáng)度信息中獲取未知物體的相位信息成為了人們研究的一個重要課題。從強(qiáng)度信息中獲取物體相位信息的技術(shù)叫做波前探測技術(shù)或者相位恢復(fù)，通過衍射或者干涉的方法獲取物體相位信息以實現(xiàn)二維、三維成像的方法叫做相干衍射成像，該技術(shù)廣泛運(yùn)用于圖像信息處理、微納光學(xué)、自適應(yīng)光學(xué)、材料科學(xué)以及量子層析等領(lǐng)域。隨著相干衍射成像技術(shù)的飛速發(fā)展，分辨率已達(dá)到納米量級，恢復(fù)裝置也愈加智能、實時化。

在研究波前探測技術(shù)和相位恢復(fù)時，大多都假設(shè)照明光源為完全相干光，但實際應(yīng)用中，例如高分辨波前探測，往往使用x射線或者電子束作為光源進(jìn)行相位恢復(fù)，這些都不是完全相干光。此外，當(dāng)一束完全相干光經(jīng)過介質(zhì)傳輸以后，其空間相干性也會降低，在這些情況下，仍然將其作為完全相干光進(jìn)行處理，會存在一些問題。

實現(xiàn)相位恢復(fù)的方法有很多種，最早是在1952年，davidsayre提出利用香農(nóng)定理通過測量更高密度的光強(qiáng)來實現(xiàn)相位恢復(fù)。至今為止，人們已經(jīng)研究出了一系列相位恢復(fù)的方法，例如哈特曼波前傳感技術(shù)、全息干涉技術(shù)、計算相位恢復(fù)技術(shù)和疊層技術(shù)等。

哈特曼波前傳感技術(shù)主要是通過測量波前斜率來恢復(fù)相位信息(plattbc,shackr.historyandprinciplesofshack-hartmannwavefrontsensing[j].journalofrefractivesurgery,2001,17(5):s573-s577.)，夏克哈特曼傳感器基于此技術(shù)，由微透鏡陣列和電荷耦合元件構(gòu)成，通過測量經(jīng)過微透鏡聚焦在電荷耦合元件上的光斑坐標(biāo)，利用澤尼克多項式模式法算出澤尼克系數(shù)來重建波前。該技術(shù)恢復(fù)速度快、靈敏度高，已被廣泛運(yùn)用于天文望遠(yuǎn)鏡的高分辨成像、人眼視網(wǎng)膜細(xì)胞分辨成像等領(lǐng)域。

全息干涉技術(shù)是利用干涉原理恢復(fù)物波光場的技術(shù)(eisebitts,lüningj,schlotterwf,etal.lenslessimagingofmagneticnanostructuresbyx-rayspectro-holography[j].nature,2004,432(7019):885-888.)，分為拍攝和恢復(fù)兩個過程，當(dāng)一束參考光與物光進(jìn)行干涉，干涉圖中將記錄該物體的相位和振幅信息，再用參考光照射全息干涉圖，即可以恢復(fù)出物光的光場信息，從而提取物體的相位和振幅信息。隨著全息干涉技術(shù)的飛速發(fā)展，使用電荷耦合元件記錄干涉圖樣，而由計算機(jī)進(jìn)行相位恢復(fù)的過程，該技術(shù)成為數(shù)字全息技術(shù)，被廣泛運(yùn)用在三維圖像重構(gòu)、數(shù)字顯微成像、材料無損探傷、醫(yī)學(xué)診斷等方面。

計算相位恢復(fù)方法相比于前兩種方法，應(yīng)用范圍更廣，可見光以及極紫外波段皆可適用。該恢復(fù)方法是1972年提出的(gerchbergrw.apracticalalgorithmforthedeterminationofphasefromimageanddiffractionplanepictures[j].optik,1972,35:237.)，利用迭代算法從拍攝到的衍射光斑的強(qiáng)度信息中恢復(fù)相位信息，該恢復(fù)方法可以用于以x射線或者自由電子束為光源的成像系統(tǒng)中，實現(xiàn)無透鏡衍射成像和相位恢復(fù)，從而減小成像系統(tǒng)誤差，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，因此具有極大的前景。另一種利用迭代算法的疊層成像技術(shù)(rodenburgjm,faulknerhml.aphaseretrievalalgorithmforshiftingillumination[j].appliedphysicsletters,2004,85(20):4795-4797.)，是近十年來新興的技術(shù)，通過尋找樣本進(jìn)行重疊掃描的模式下，滿足多幅遠(yuǎn)場衍射強(qiáng)度圖像約束的唯一復(fù)數(shù)解，因不受光學(xué)聚焦原件的限制，從而可以突破衍射極限實現(xiàn)超分辨成像。

然而這些技術(shù)都存在一定的缺點(diǎn)和弊端，計算相位恢復(fù)方法的迭代算法需要大量的迭代次數(shù)和迭代時間，對于復(fù)雜相位物體，無法實現(xiàn)信息的快速、實時恢復(fù)，甚至?xí)霈F(xiàn)得不到唯一解的情況。且現(xiàn)有的迭代算法處理部分相干光時，會假設(shè)光源的互相關(guān)函數(shù)為高斯謝爾模，利用模式展開進(jìn)行處理，然而當(dāng)相干度很低的情況下，需要很多的模式數(shù)才可以正確恢復(fù)相位信息，且對于關(guān)聯(lián)函數(shù)未知的光源，該模式展開的方法將不再適用。

基于以上部分相干光照明下的物體信息恢復(fù)方面存在的缺陷，本專利創(chuàng)新性的提出一種新型的部分相干光照明下的相位信息恢復(fù)非迭代方法，本方法具有應(yīng)用范圍廣、恢復(fù)速度快、裝置簡單等優(yōu)點(diǎn)，具有重要的科研及實際應(yīng)用價值。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種部分相干光照明下的非迭代相位恢復(fù)裝置及方法，避開迭代算法的冗長和復(fù)雜，彌補(bǔ)模式展開法的弊端，可以實現(xiàn)在傳統(tǒng)關(guān)聯(lián)或關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)復(fù)雜甚至未知的光源照明下，相位物體信息的正確、實時恢復(fù)。

本發(fā)明的部分相干光照明下的非迭代相位恢復(fù)裝置，包括部分相干光產(chǎn)生單元和物體相位測量單元，所述物體相位測量單元包括

-分束鏡，用于透射所述部分相干光產(chǎn)生單元產(chǎn)生的部分相干光，并反射經(jīng)由空間光調(diào)制器調(diào)制后的光束；

-空間光調(diào)制器，垂直于所述部分相干光產(chǎn)生單元的光軸放置，用于加載待測相位物體和對待測相位物體進(jìn)行相位擾動的擾動點(diǎn)，所述空間光調(diào)制器反射所述分束鏡透射的光，并讓調(diào)制后的光經(jīng)過所述分束鏡再次發(fā)生反射；

-多孔陣列板，供所述分束鏡反射的光束穿過，所述多孔陣列板上設(shè)有周期排列的二維小孔陣列并在陣列中心附近設(shè)有一個參考小孔，所述多孔陣列板上的參考小孔對準(zhǔn)所述分束鏡反射的光束，所述多孔陣列板與空間光調(diào)制器之間的距離滿足z≥d*l/λ，其中，d是多孔陣列板上小孔間的間隔，l是待測相位物體最寬處的尺寸，λ是部分相干光產(chǎn)生單元中激光光源的波長；

-傅里葉透鏡，緊挨所述多孔陣列板之后放置，或能夠使所述多孔陣列板位于傅里葉透鏡的前焦面上，用于對穿過所述多孔陣列板的光束進(jìn)行傅里葉變換；

-電荷耦合元件，放置在傅里葉平面處拍攝光強(qiáng)信息；

-計算機(jī)，與所述空間光調(diào)制器和電荷耦合元件連接，控制所述空間光調(diào)制器上的相位加載，并對拍攝得到的光強(qiáng)進(jìn)行實時反傅里葉變換、篩選以及反傳輸處理，獲得物體的相位信息。

進(jìn)一步的，當(dāng)目的為產(chǎn)生傳統(tǒng)高斯關(guān)聯(lián)的部分相干光時，所述部分相干光產(chǎn)生單元包括依次設(shè)置的激光器、對激光器發(fā)出的激光束進(jìn)行擴(kuò)束的擴(kuò)束鏡、對光束進(jìn)行準(zhǔn)直的準(zhǔn)直透鏡和對光束進(jìn)行整形的高斯濾波片，由所述高斯濾波片出來的光透射過所述分束鏡，到達(dá)所述空間光調(diào)制器。

進(jìn)一步的，當(dāng)目的為產(chǎn)生拉蓋爾高斯關(guān)聯(lián)的部分相干光時，所述部分相干光產(chǎn)生單元包括依次設(shè)置的所述激光器、對激光器發(fā)出的激光束進(jìn)行擴(kuò)束的擴(kuò)束鏡、對擴(kuò)束后的光進(jìn)行相位改變的螺旋位相板、對光束進(jìn)行準(zhǔn)直的準(zhǔn)直透鏡和對光束進(jìn)行整形的高斯濾波片，由所述高斯濾波片出來的光透射過所述分束鏡，到達(dá)所述空間光調(diào)制器。

進(jìn)一步的，所述部分相干光產(chǎn)生單元還包括相干度調(diào)節(jié)組件，所述相干度調(diào)節(jié)組件包括對經(jīng)所述擴(kuò)束鏡擴(kuò)束后的光束或經(jīng)所述螺旋位相板改變相位的光束進(jìn)行聚焦的透鏡，以及對聚焦后的光束進(jìn)行散射的旋轉(zhuǎn)毛玻璃，經(jīng)所述旋轉(zhuǎn)毛玻璃散射出來的光由所述準(zhǔn)直透鏡進(jìn)行準(zhǔn)直。

進(jìn)一步的，所述分束鏡反射的光束還可通過反射鏡反射到所述多孔陣列板上。

進(jìn)一步的，所述擾動點(diǎn)位于待測相位物體的任意位置，其尺寸遠(yuǎn)小于待測物體尺寸，其相位賦值有異于原待測相位物體于該位置的相位即可。

進(jìn)一步的，通過激光在不透光的基板上刻蝕一個參考小孔和以參考小孔為圓心向x和y方向各偏移一定距離再對稱激光刻蝕二維小孔陣列，形成所述多孔陣列板，各二維小孔間的間隔需滿足d≤z*λ/l，其中z為物平面到所述多孔陣列板的距離，l是待測相位物體最寬處的尺寸，λ是部分相干光產(chǎn)生單元中激光光源的波長；偏移量的大小滿足a/2≤δx＝δy≤d/2-a/2，其中a為二維小孔的尺寸；參考小孔和各二維小孔的尺寸一致，需滿足遠(yuǎn)小于待測物體尺寸，且小于二維小孔間隔的三分之一；所述多孔陣列板的結(jié)構(gòu)也可以通過所述空間光調(diào)制器模擬。

進(jìn)一步的，所述空間光調(diào)制器為反射式純相位空間光調(diào)制器。

進(jìn)一步的，所述分束鏡是光強(qiáng)50：50的半透半反鏡。

本發(fā)明的利用上述部分相干光照明下的非迭代相位恢復(fù)裝置進(jìn)行非迭代相位恢復(fù)的方法，包括步驟：

(1)通過部分相干光產(chǎn)生單元獲取高斯關(guān)聯(lián)的部分相干光或拉蓋爾高斯關(guān)聯(lián)的部分相干光，通過調(diào)整用來聚焦的所述透鏡在光軸上的前后位置，來改變聚焦在所述旋轉(zhuǎn)毛玻璃上的光斑大小以調(diào)整光源的空間相干性；

(2)將部分相干光傳輸至所述物體相位測量單元，使部分相干光經(jīng)過待測相位物體并記錄光強(qiáng)信息：

(21)當(dāng)部分相干光為高斯關(guān)聯(lián)的部分相干光時，記錄兩次光強(qiáng)，第一次拍攝——加載待測相位物體：將準(zhǔn)備好的圖片設(shè)置為灰度圖模式，當(dāng)該圖片加載到純相位的所述空間光調(diào)制器上時，灰度值將轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的相位；第二次拍攝——在待測相位物體任意位置放置一個擾動點(diǎn)，其尺寸需遠(yuǎn)小于待測物體尺寸，其相位賦值有異于原待測相位物體于該位置的相位即可；將兩次拍攝得到的光強(qiáng)信息，輸送到計算機(jī)進(jìn)行處理：首先對兩組光強(qiáng)信息分別進(jìn)行傅里葉變換，再由篩選陣列篩選，其次將篩選后的結(jié)果相減，并將相減后的結(jié)果進(jìn)行反傳輸，即可提取出物體相位信息；所述篩選陣列的篩選小孔為周期排列的二維小孔，由所述計算機(jī)產(chǎn)生，各篩選小孔的邊長及間隔與所述多孔陣列板一致；

(22)當(dāng)部分相干光為拉蓋爾高斯關(guān)聯(lián)的部分相干光時，記錄四次光強(qiáng)，第一次拍攝——加載待測相位物體：將準(zhǔn)備好的圖片設(shè)置為灰度圖模式，當(dāng)該圖片加載到純相位的所述空間光調(diào)制器上時，灰度值將轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的相位；第二次拍攝——在待測相位物體任意位置放置一個擾動點(diǎn)，其尺寸遠(yuǎn)小于待測物體尺寸，其相位賦值有異于原待測相位物體于該位置的相位即可；第三次拍攝——移走待測相位物體但不移走擾動點(diǎn)，即將原待測相位物體所在區(qū)域的相位設(shè)置為0；第四次拍攝——移走擾動相位；將第三次和第四次拍攝得到的兩次光強(qiáng)信息，輸送到計算機(jī)進(jìn)行處理：首先對兩組光強(qiáng)信息分別進(jìn)行傅里葉變換，再由篩選陣列篩選，其次將篩選后的結(jié)果相減，并將相減后的結(jié)果進(jìn)行反傳輸，即可提取出光源的交叉譜密度信息及其相位信息；將第一次和第二次拍攝得到的兩次光強(qiáng)信息，輸送到計算機(jī)進(jìn)行處理：首先對兩組光強(qiáng)信息分別進(jìn)行傅里葉變換，再由篩選陣列篩選，其次將篩選后的結(jié)果相減，并將相減后的結(jié)果進(jìn)行反傳輸，即可提取出受光源相位影響的物體相位信息；最后用受光源相位影響的物體相位除去光源的相位，即可獲得正確的物體相位信息；所述篩選陣列的篩選小孔為周期排列的二維小孔，由所述計算機(jī)產(chǎn)生，各篩選小孔的邊長及間隔與所述多孔陣列板一致。

借由上述方案，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：

針對部分相干光照明下物體相位信息的恢復(fù)，與迭代算法相比，本發(fā)明更為快捷、實時化，較模式展開這種處理部分相干光的迭代算法，應(yīng)用范圍更廣，對于處理關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)復(fù)雜甚至未知的部分相干光照明情況下，物體相位的恢復(fù)有著獨(dú)特的優(yōu)勢；本發(fā)明的無透鏡衍射成像的相位恢復(fù)裝置，可以拓展到x射線成像系統(tǒng)中，因而在實際應(yīng)用中有著極為重要的意義。

上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，以下以本發(fā)明的較佳實施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的部分相干光照明下的非迭代相位恢復(fù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是在空間光調(diào)制器上加載待測相位物體和擾動的一個示例，其中圖2(a)為只加載物體信息，圖2(b)在物體信息上加載了一個擾動；

圖3(a)是本發(fā)明所用的多孔陣列板的中心部分細(xì)節(jié)圖；圖3(b)是計算機(jī)恢復(fù)時使用的篩選陣列的中心部分細(xì)節(jié)圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

本發(fā)明提出的相位恢復(fù)方法包含三個過程：產(chǎn)生高斯關(guān)聯(lián)或者特殊關(guān)聯(lián)的部分相干光源、經(jīng)過攜帶相位信息的物體并記錄光強(qiáng)和計算機(jī)處理以恢復(fù)相位。其對應(yīng)的結(jié)構(gòu)裝置如附圖1所示。

首先產(chǎn)生部分相干光源，照射到待測物體后經(jīng)過多孔陣列板，利用電荷耦合元件記錄傅里葉平面的光斑光強(qiáng)。一般情況下，恢復(fù)待測物體完整的相位信息只需要進(jìn)行兩次拍攝。第一次拍攝，是讓光源照射待測物體后，傳輸一段距離到達(dá)經(jīng)過特別設(shè)計的多孔陣列板，再由放置在傅里葉平面的電荷耦合元件記錄光強(qiáng)信息；第二次拍攝，在待測物體的中間添加擾動點(diǎn)，再經(jīng)過同樣的傳輸過程，由電荷耦合元件記錄光強(qiáng)信息。兩次拍攝后，利用計算機(jī)程序處理，恢復(fù)出物光信息。但是若光源不是高斯關(guān)聯(lián)，恢復(fù)得到的物光信息會受到光源關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)的影響，在這樣的情況下，需要移走物體，其他不變，按照上述的步驟，再進(jìn)行兩次拍攝，并由計算機(jī)處理恢復(fù)，得到光源的交叉譜密度方程，最后，將兩次恢復(fù)結(jié)果相除即可得到正確的物體振幅和相位信息。

本發(fā)明中高斯關(guān)聯(lián)的部分相干光產(chǎn)生單元的結(jié)構(gòu)包括：激光器1發(fā)出的激光束，由擴(kuò)束鏡2進(jìn)行擴(kuò)束，再由聚焦透鏡4聚焦到旋轉(zhuǎn)毛玻璃片5上，出射光由準(zhǔn)直透鏡6進(jìn)行準(zhǔn)直，并由高斯濾波片7進(jìn)行整形。聚焦透鏡4和旋轉(zhuǎn)毛玻璃片5構(gòu)成相干度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，通過改變聚焦透鏡4和旋轉(zhuǎn)毛玻璃片5的位置，可以改變出射光相干度的大小，這是因為聚焦到旋轉(zhuǎn)毛玻璃片5上的光斑大小直接影響著出射光的相干性，聚焦光斑越大，相干性越低，聚焦光斑越小，相干性越高。經(jīng)過高斯濾波片7出來以后的光束就是高斯關(guān)聯(lián)的部分相干光，即所需的光源。若在擴(kuò)束鏡2與聚焦透鏡4間放置一個螺旋相位板3，而其他不變，則高斯濾波片7后產(chǎn)生的就是拉蓋爾高斯關(guān)聯(lián)的部分相干光，即所需的特殊關(guān)聯(lián)的部分相干光源。

本發(fā)明中物體相位測量單元的結(jié)構(gòu)具體包括：產(chǎn)生部分相干光源后，經(jīng)過一個分束鏡8，垂直入射到空間光調(diào)制器9上，該分束鏡8是光強(qiáng)50：50的半透半反鏡，空間光調(diào)制器9上加載了攜帶相位信息的物體，經(jīng)過空間光調(diào)制器9后，由其反射出來的光經(jīng)過分束鏡8，再反射到多孔陣列板13上，空間光調(diào)制器9到多孔陣列板13具有一定距離，該距離滿足公式z≥d*l/λ，其中d是多孔陣列板13上小孔間的間隔，l是待測物體最寬處的尺寸，λ是激光光源的波長。多孔陣列板13由周期排列的二維小孔陣列組成，并在陣列中間有一個參考小孔。到達(dá)多孔陣列板13的光束需要對準(zhǔn)參考孔，傅里葉透鏡12緊挨著多孔陣列板13之后放置，或能夠使多孔陣列板位于傅里葉透鏡的前焦面上，最后由電荷耦合元件11在傅里葉平面處拍攝光強(qiáng)信息。電荷耦合元件這里拍攝得到的光強(qiáng)需要輸送到計算機(jī)10進(jìn)行實時反傅里葉變換、篩選陣列篩選以及反傳輸處理，以獲得物體的相位信息。

本發(fā)明的依據(jù)和原理如下：

將光源交叉譜密度表示為w0(ρ1,ρ2)，將待測物體表示為o(ρ)，那光源照射到待測物體后，傳輸?shù)蕉嗫钻嚵邪宓慕徊孀V密度方程可以表示為：

w(r1,r2)＝∫∫w0(ρ1,ρ2)o(ρ1)o(ρ2)^*p(ρ1,r1)p(ρ2,r2)^*dρ1dρ2(1)

其中p(ρ,r)是從物平面到多孔陣列板的傳輸項。多孔陣列板可以用δ函數(shù)表示：

m(r)＝δ(r)+∑mnδ(r-rmn)(2)

其中rmn＝(md+δx,nd+δy)是多孔陣列板上周期小孔的坐標(biāo)，m和n是整數(shù)，d是陣列孔之間的間距，δx和δy表示的是參考孔附近的陣列孔在x和y方向由中心點(diǎn)產(chǎn)生的偏移，δ(r)表示中心的參考孔。經(jīng)過多孔陣列板到達(dá)傅里葉平面的光強(qiáng)i(κ)，再進(jìn)行反傅里葉變換，對應(yīng)的則是光經(jīng)過多孔陣列板后的光場的交叉譜密度方程：

其中rmn-rpq＝[(m-p)d,(n-q)d]，這里的p和q是整數(shù)。緊接著，用計算機(jī)程序模擬讓反傅里葉變換后的交叉譜密度經(jīng)過一個篩選陣列，篩選陣列和多孔陣列板的分布類似，但是缺少一個參考小孔。經(jīng)過該篩選陣列，可以濾出w(-rmn,0)或者w(0,rmn)^*，因為多孔陣列并不是嚴(yán)格以參考小孔為中心，因此，只能篩選出一個交叉譜密度方程。由公式(3)得到：

其中to(ρ1,ρ2)＝∫w0(ρ1,ρ2)o(ρ2)^*p(ρ2,0)^*dρ2，此時如果對w(rmn,0)進(jìn)行反傳輸，得到的是to(ρ1,ρ2)o(ρ1)，這并不是所要的正確信息，因此，還需要進(jìn)行第二次拍攝。在待測物體上加載一個擾動，數(shù)學(xué)上表示為cδ(ρ-ρ0)，其中，c是一個復(fù)數(shù)常數(shù)，ρ0是擾動的坐標(biāo)。第二次拍攝得到的w′(rmn,0)表示為：

前后結(jié)果進(jìn)行相減得到：

此時再進(jìn)行反向傳輸，就只剩下w0(ρ1,ρ0)o(ρ1)，對于高斯關(guān)聯(lián)的部分相干光，其相位為1，那恢復(fù)出來的相位就是物體o(ρ1)攜帶的相位，當(dāng)照明光源不是高斯關(guān)聯(lián)而是特殊關(guān)聯(lián)的部分相干光時，需要在光路中移去物體，用同樣的實驗和處理方法得到w0(ρ1,ρ0)，再將前后結(jié)果相除，即可得到正確的相位信息。

下面結(jié)合附圖及具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實施例一：高斯關(guān)聯(lián)部分相干光照明下物體相位信息恢復(fù)。

1、高斯關(guān)聯(lián)的部分相干光源的產(chǎn)生：其結(jié)構(gòu)包括功率可調(diào)的半導(dǎo)體泵浦固體激光器1，其發(fā)射出的激光波長為532nm，該激光器發(fā)出的激光束由擴(kuò)束鏡2進(jìn)行擴(kuò)束，擴(kuò)束后的光束由聚焦透鏡4聚焦到旋轉(zhuǎn)毛玻璃片5上，散射出來的光由準(zhǔn)直透鏡6進(jìn)行準(zhǔn)直，再由高斯濾波片7進(jìn)行整形。由高斯濾波片出來的光即為高斯關(guān)聯(lián)的部分相干光。這里，聚焦透鏡4的焦距為80mm，準(zhǔn)直透鏡6的焦距為150mm。

1.1、調(diào)整光源的空間相干性：光源的空間相干性和聚焦在旋轉(zhuǎn)毛玻璃片上的光斑大小有著直接的關(guān)系，因此，通過調(diào)整聚焦透鏡4在光軸上的前后位置，來改變聚焦在旋轉(zhuǎn)毛玻璃片5上的光斑大小，當(dāng)聚焦光斑越小時，出射光的相干性越高，反之聚焦光斑越大，出射光的相干性越低。

2、光源經(jīng)過物體并記錄光強(qiáng)的單元：上一步驟產(chǎn)生的部分相干光源透射過分束鏡8，到達(dá)反射式純相位空間光調(diào)制器9。該分束鏡是光強(qiáng)50：50的半透半反鏡，反射式空間光調(diào)制器垂直于部分相干光產(chǎn)生單元的光軸放置?？臻g光調(diào)制器9連接著計算機(jī)10，由計算機(jī)10控制空間光調(diào)制器上的相位加載。經(jīng)相位調(diào)制的出射光再次經(jīng)過分束鏡，發(fā)生反射，為節(jié)省裝置所占的空間，該反射光經(jīng)過一個反射鏡14再次發(fā)生反射，傳輸1170mm后到達(dá)多孔陣列板13。光束由空間光調(diào)制器到多孔陣列板的傳輸距離需滿足條件z≥d*l/λ，其中d是多孔陣列板小孔的間隔，l是待測物體最寬處的尺寸，λ是激光光源的波長。緊挨著多孔陣列板后，放置一個傅里葉透鏡12，其焦距為150mm，連接著計算機(jī)10的電荷耦合元件11放置在傅里葉平面處，記錄光強(qiáng)。

整個過程共需要兩次記錄光強(qiáng)，兩次拍攝過程中的唯一區(qū)別在于空間光調(diào)制器9上的相位加載不同：第一次拍攝，加載待測相位物體，如圖2(a)；第二次拍攝，在待測相位物體中間放置一個擾動點(diǎn)，如圖2(b)，該擾動點(diǎn)是邊長為240μm的正方形，其相位賦值等于在原待測物體于該位置的相位再減去0.8π，以達(dá)到擾動效果。

2.1、在反射式空間光調(diào)制器上加載相位信息：首先，將準(zhǔn)備好的圖片設(shè)置為灰度圖模式。當(dāng)該圖片加載到純相位的空間光調(diào)制器上(型號holoeye-pluto，像素尺寸1920×1080，像素大小8μm)，灰度值將轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的相位。

2.2、設(shè)計實驗中使用的多孔陣列板：利用激光刻蝕，制作一個18mm×14mm的多孔陣列板，基片整體不透光，再進(jìn)行打孔，其中原點(diǎn)位置放置一個54μm邊長的正方形小孔，再從原點(diǎn)向x和y方向各偏移δx＝117μm和δy＝117μm，以此為圓心對稱布置小孔陣列，如圖3(a)，其中x方向66個小孔，y方向48個小孔，每個小孔邊長均為54μm，小孔間的間隔d＝270μm。值得注意的是δx＝δy≠d/2。(多孔陣列板也可以用透射式空間光調(diào)制器代替)。實驗中，到達(dá)多孔陣列板的光束要對準(zhǔn)參考孔。

3、計算恢復(fù)相位：兩次拍攝得到的光強(qiáng)信息，輸送到計算機(jī)10，進(jìn)行處理。首先對兩組光強(qiáng)信息分別進(jìn)行傅里葉變換，再由篩選陣列篩選，其次將篩選后的結(jié)果相減，并將相減后的結(jié)果進(jìn)行反傳輸，即可提取出物體相位信息。

3.1、設(shè)計計算機(jī)恢復(fù)時使用的篩選陣列：篩選陣列不是實際的物體，而是在程序處理時需要用到的篩選信息用的陣列。其分布如圖3(b)，與實驗用的多孔陣列板的唯一區(qū)別在于缺少中間的參考小孔，其他參數(shù)一致。

實施例二：特殊關(guān)聯(lián)部分相干光照明下物體相位信息恢復(fù)。

1、特殊關(guān)聯(lián)的部分相干光源的產(chǎn)生：其結(jié)構(gòu)包括功率可調(diào)的半導(dǎo)體泵浦固體激光器1，其波長為532nm，該激光器發(fā)出的激光束由擴(kuò)束鏡2進(jìn)行擴(kuò)束，擴(kuò)束后的光束經(jīng)過拓?fù)浜蓴?shù)為2的螺旋位相板3，再由聚焦透鏡4聚焦到旋轉(zhuǎn)毛玻璃片5上，散射出來的光由準(zhǔn)直透鏡6進(jìn)行準(zhǔn)直，再由高斯濾波片7進(jìn)行整形。這里，聚焦透鏡4的焦距為80mm，準(zhǔn)直透鏡6的焦距為150mm。從高斯濾波片出來的光即為拉蓋爾高斯關(guān)聯(lián)的部分相干光。用拉蓋爾高斯關(guān)聯(lián)的部分相干光作為照明光源，來闡述關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)復(fù)雜情況下的相位恢復(fù)過程。

1.1、調(diào)整光源的空間相干性：光源的空間相干性和聚焦在毛玻璃片上的光斑大小有著直接的關(guān)系，因此，通過調(diào)整聚焦透鏡4在光軸上的前后位置，來改變聚焦在旋轉(zhuǎn)毛玻璃片5上的光斑大小，當(dāng)聚焦光斑越小時，出射光的相干性越高，反之聚焦光斑越大，出射光的相干性越低。

2、光源經(jīng)過物體并記錄光強(qiáng)的單元：上一步驟產(chǎn)生的拉蓋爾高斯關(guān)聯(lián)的部分相干光源透射過分束鏡8，到達(dá)反射式純相位空間光調(diào)制器9。該分束鏡是光強(qiáng)50:50的半透半反鏡，反射式空間光調(diào)制器垂直于部分相干光產(chǎn)生單元的光軸放置。空間光調(diào)制器9連接著計算機(jī)10，由計算機(jī)10控制空間光調(diào)制上的相位加載。經(jīng)相位調(diào)制的出射光再次經(jīng)過分束鏡，發(fā)生反射，為節(jié)省裝置所占的空間，該反射光經(jīng)過一個反射鏡14再次發(fā)生反射，傳輸1170mm后到達(dá)多孔陣列板13。光束由空間光調(diào)制器到多孔陣列板的傳輸距離需滿足條件z≥d*l/λ，其中d是多孔陣列板小孔的間隔，l是待測物體最寬處的尺寸，λ是激光光源的波長。緊挨著多孔陣列板后，放置一個傅里葉透鏡12，其焦距為150mm，連接著計算機(jī)10的電荷耦合元件11放置在傅里葉平面處，記錄光強(qiáng)。

整個過程共需要4次光強(qiáng)記錄，4次拍攝過程中的唯一區(qū)別在于空間光調(diào)制器9上的相位加載不同：第1次拍攝，加載待測相位物體，如圖2(a)；第2次拍攝，在待測相位物體中間放置一個擾動點(diǎn)，如圖2(b)，該擾動點(diǎn)是邊長為240μm的正方形，其相位賦值等于在原待測物體于該位置的相位再減去0.8π，以達(dá)到擾動效果；第3次拍攝，移走相位物體而不移走擾動加載(移走相位物體指的并不是移走空間光調(diào)制器，而是將原物體所在區(qū)域的相位設(shè)置為0)；第4次拍攝，移走擾動加載。

2.1、在反射式空間光調(diào)制器上加載相位信息：首先，將準(zhǔn)備好的圖片設(shè)置為灰度圖模式。當(dāng)該圖片加載到純相位的空間光調(diào)制器上(型號holoeye-pluto，像素尺寸1920×1080，像素大小8μm)，灰度值將轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的相位。

2.2、設(shè)計實驗中使用的多孔陣列板：利用激光刻蝕，制作一個18mm×14mm的多孔陣列板，基片整體不透光，再進(jìn)行打孔，其中原點(diǎn)位置放置一個54μm邊長的正方形小孔，再從原點(diǎn)向x和y方向各偏移δx＝117μm和δy＝117μm，以此為圓心對稱布置小孔陣列，如圖3(a)，其中x方向66個小孔，y方向48個小孔，每個小孔邊長均為54μm，小孔間的間隔d＝270μm。值得注意的是δx＝δy≠d/2。(多孔陣列板也可以用透射式空間光調(diào)制器代替)。實驗中，到達(dá)多孔陣列板的光束要對準(zhǔn)參考孔。

3、計算恢復(fù)相位：針對上述第3和第4次移走相位物體的拍攝結(jié)果：兩次拍攝得到的光強(qiáng)信息，輸送到計算機(jī)10，進(jìn)行處理。首先對兩組光強(qiáng)信息分別進(jìn)行傅里葉變換，再由篩選陣列篩選，其次將篩選后的結(jié)果相減，并將相減后的結(jié)果進(jìn)行反傳輸，即可提取出光源的交叉譜密度信息及其相位信息。針對上述第1和第2次帶有相位物體的拍攝結(jié)果：兩次拍攝得到的光強(qiáng)信息，輸送到計算機(jī)10，進(jìn)行處理。首先對兩組光強(qiáng)信息分別進(jìn)行傅里葉變換，再由篩選陣列篩選，其次將篩選后的結(jié)果相減，并將相減后的結(jié)果進(jìn)行反傳輸，即可提取出受光源相位影響的物體相位信息。最后用受光源相位影響的物體相位除去光源的相位，即可獲得正確的物體相位信息。

3.1、設(shè)計計算機(jī)恢復(fù)時使用的篩選陣列：篩選陣列不是實際的物體，而是在程序處理時需要用到的篩選信息用的陣列。其分布如圖3(b)，與實驗用的多孔陣列板的唯一區(qū)別在于缺少中間的參考小孔，其他參數(shù)一致。

整個過程包含四次光強(qiáng)記錄和數(shù)據(jù)處理，處理過程簡單，因此整個過程耗時極短，幾乎可以實現(xiàn)實時恢復(fù)。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，并不用于限制本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。