全视场径向剪切微分干涉相衬成像装置和成像方法

1.本发明属于光学技术领域，特别是一种全视场径向剪切微分干涉相衬成像装置和成像方法。。


背景技术：

2.传统的微分干涉成像是一种有效的相位定量成像方法，生成类似浮雕的图像，具有类似于标本被倾斜光源照亮的伪3d投影效果。其工作原理是将偏振照明光波分裂成两个分量波，这两个分量波沿特定的方向发生横向剪切，剪切距离接近或小于瑞利准则。沿梯度变化剧烈的物体信息被两束小光程差的光波携带，并在像平面相遇形成干涉图样，使图像边缘整体呈现清晰的浮雕结构。现有的微分干涉成像只能在特定方向上进行波前剪切和捕获成像，这会导致其他方向上的标本信息丢失。
3.与横向剪切相比，径向剪切干涉技术同样不需要生成标准参考波前，且不需要同时测量两个方向的波前斜率，并且缩小波面包含全部待测信息。换句话说，径向剪切微分干涉不仅可以提供小剪切量满足相衬成像的要求，而且可以实现全视场成像，不会丢失其他方向上的标本信息。
4.径向剪切双焦光子筛被引入到微分干涉相衬成像设置中，以实现全场相衬成像。双焦光子筛作为衍射光学器件具有三维阵列焦点，小焦比的双焦光子筛系统提供了小光程差，不仅适用于高相干光源而且适用于低相干光源。


技术实现要素：

5.为了实现超大规模集成电路、活细胞等提供纳米级分辨率的无损、全视场成像，本发明提供一种全视场径向剪切微分干涉相衬成像装置和成像方法。该装置不仅可以实现全视场高质量的干涉相衬成像，而且满足非相干光源干涉相衬成像。具有易于搭建，成像质量清晰准确的特点。该技术有可能实现超大规模集成电路、等离子体和活细胞在极紫外和软x射线波段的高质量成像。
6.本发明的技术解决方案如下：
7.一种径向剪切微分干涉的双焦光子筛系统，其特点在于，包括激光光源，沿该激光光源的激光输出方向依次设置扩束准直透镜、待测物体平台、双焦光子筛系统和光电探测器，所述的光电探测器的输出端与计算机的输入端相连。
8.所述的双焦光子筛系统是两个对称放置的双焦光子筛，且焦距比无限接近于1，实现共像面的径向剪切微分干涉相衬成像。物波被双焦光子筛分成具有不同曲率的两束，短焦距对应的光束被放大，长焦距对应的另一光束可视为缩小光束。
9.利用上述全视场径向剪切微分干涉相衬成像装置的成像方法，其特点在于，该方法步骤如下：
10.1)将所述的待测物体置于所述的待测物体平台上；
11.2)打开所述的激光光源，调整光路，使所述的待测物体与所述的双焦光子筛系统
的距离为p，所述的光电探测器(5)与双焦光子筛系统的距离为q，物距和像距的设置之间需要满足：其中，f1和f2分别为两个双焦光子筛的焦距；
12.3)移动所述的光电探测器至共像面，所述的光电探测器采集径向剪切微分干涉相衬图，输送至所述的计算机，在计算机上直接观察径向剪切微分干涉图像。
13.上述双焦光子筛系统中，双焦光子筛是一种等强度的双焦衍射透镜，系统包含两个双焦光子筛，且它们的的焦距比无限接近于1，物体波被双焦光子筛分成具有不同曲率的两束。短焦距对应的光束被放大，而长焦距对应的另一光束可视为缩小光束。在所设置的双焦光子筛系统中，当物距和像距之间的关系满足时，两光束在共像面上发生径向剪切微分干涉成像。
14.相比现有技术，本发明的优势在于：
15.本发明不仅可以实现全视场高质量的干涉相衬成像，而且满足非相干光源干涉相衬成像。具有易于搭建，成像质量清晰准确的特点。该技术有可能实现超大规模集成电路、等离子体和活细胞在极紫外和软x射线波段的高质量成像。
附图说明
16.图1为本发明全视场径向剪切微分干涉相衬成像装置的结构示意图。
17.图2为双焦光子筛的结构示意图和沿光传播的强度分布。
18.图3为全视场径向剪切微分干涉相衬成像装置和方法的仿真结果图。
具体实施方式
19.以下结合附图和具体实施实例对本发明做进一步描述。应当指出，图1、图2、图3中包含的实例用于解释本发明，但不应以此限制本发明的保护范围。
20.参见图1，图1是本发明全视场径向剪切微分干涉相衬成像装置的结构示意图。由图可见，本发明全视场径向剪切微分干涉相衬成像装置，其特征在于，包括激光光源1，沿该激光光源1的激光输出方向依次设置扩束准直透镜2、待测物体平台、双焦光子筛系统4和光电探测器5，所述的光电探测器5的输出端与计算机的输入端相连。
21.利用权上述全视场径向剪切微分干涉相衬成像装置的成像方法，其特征在于，该方法步骤如下：
22.1)将所述的待测物体3置于所述的待测物体平台上；
23.2)打开所述的激光光源1，调整光路，使所述的待测物体3与所述的双焦光子筛系统4的距离为p，所述的光电探测器(5)与双焦光子筛系统4的距离为q，物距和像距的设置之间需要满足：其中，f1和f2分别为两个双焦光子筛的焦距；
24.3)移动所述的光电探测器5至共像面，所述的光电探测器采集径向剪切微分干涉相衬图，输送至所述的计算机，在计算机上直接观察径向剪切微分干涉图像。
25.参见图2，图2(a)显示了小焦比双焦光子筛的部件，它是一种多焦点衍射透镜。图2(b)显示了沿光传播的强度分布。
26.参见图3，图3是模拟实验，表明了该装置和方法可以实现图像中继，消除曲率因
素，提供更好的成像环境，获得更清晰的成像边缘浮雕结构，同时也满足微分干涉相衬成像的要求。
27.综上所述，本发明基于径向剪切干涉原理，利用光子筛双焦望远镜实现共像面的剪切微分干涉。与传统的横向剪切微分干涉相衬成像相比，该方法可以实现全视场的干涉图，从而获得完整的观测信息。仿真模拟、数值计算和实验表明，本发明不仅可以实现全视场高质量的干涉相衬成像，而且满足非相干光源干涉相衬成像。具有易于搭建、成像质量清晰准确的特点。该技术有可能实现超大规模集成电路、等离子体和活细胞在极紫外和软x射线波段的高质量成像。
28.以上所述仅用于说明本发明的技术方案，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，可以对上述技术方案进行修改或者对其中部分特征进行等同替换，这些修改和替换也应视为本发明的保护范围。


技术特征：
1.一种全视场径向剪切微分干涉相衬成像装置，其特征在于，包括激光光源(1)，沿该激光光源(1)的激光输出方向依次设置扩束准直透镜(2)、待测物体平台、双焦光子筛系统(4)和光电探测器(5)，所述的光电探测器(5)的输出端与计算机的输入端相连。2.根据权利要求1所述的全视场径向剪切微分干涉相衬成像装置，其特征在于，所述的双焦光子筛系统(4)是两个对称放置的双焦光子筛，且焦距比无限接近于1，实现共像面的径向剪切微分干涉相衬成像。3.利用权利要求1或2所述的全视场径向剪切微分干涉相衬成像装置的成像方法，其特征在于，该方法步骤如下：1)将待测物体(3)置于所述的待测物体平台上；2)打开激光光源(1)，调整光路，使所述的待测物体(3)与所述的双焦光子筛系统(4)的距离为p，所述的光电探测器(5)与双焦光子筛系统(4)的距离为q，物距和像距的设置之间需要满足：其中，f1和f2分别为两个双焦光子筛的焦距；3)移动所述的光电探测器(5)至共像面，所述的光电探测器采集径向剪切微分干涉相衬图，输送至所述的计算机，在计算机上直接观察径向剪切微分干涉图像。

技术总结
一种全视场径向剪切微分干涉相衬成像装置和成像方法，装置包括激光光源，沿该激光光源的激光输出方向依次设置扩束准直透镜、待测物体平台、双焦光子筛系统和光电探测器，所述的光电探测器的输出端与计算机的输入端相连。本发明不仅可以实现全视场高质量的干涉相衬成像，而且满足非相干光源干涉相衬成像。具有易于搭建，成像质量清晰准确的特点。该技术有可能实现超大规模集成电路、等离子体和活细胞在极紫外和软X射线波段的高质量成像。在极紫外和软X射线波段的高质量成像。在极紫外和软X射线波段的高质量成像。


技术研发人员：张军勇 郑宇妮
受保护的技术使用者：中国科学院上海光学精密机械研究所
技术研发日：2022.01.29
技术公布日：2022/5/20