[发明专利]散射样品的3D成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过相干光和数字全息术（DH）检测空间构成的样品体的方法。本发明还涉及一种根据光学相干断层扫描（OTC）分析样品深度结构的方法。

背景技术

全息技术涉及使用相干光（特别是激光）的物体三维成像。其中光线被分束器分到样品和参考分支里，其中样品光束照亮样品。被样品以不同距离反射或反向散射的光线被引导到一个光敏表面上（如相机胶卷），并且在那里与参考光线叠加。通过干涉，空间光强分布，即全息图，在图像平面中生成。

在传统的全息技术中，全息图在光学上重建，其中改进的全息图被参考光束再一次照亮。此过程中生成的衍射波场具有对应原始物体波场的一个分量。另外的分量代表共轭图像和参考波，其分数与参考和对象波的原始强度成正比。

在数字全息术中，光敏表面由电子传感器（如CCD或CMOS相机）构成。数字存储的全息图可以在没有迂回的情况下馈入一个计算单元中进行供进一步评估的光学再现。例如，参考光束的光波场已知时，则可在与相机平面平行的任意平面内计算从样品返回的光线的光波场。如果相机平面的光波场已知，它就可以用于数字传播，例如通过使用“角谱”法、菲涅尔变换或者另外的积分变换。

在重建平面中计算波场的时，多种情况下使用的“角谱”法或“平行波传播”法均基于将全息图平面f(x，y.z=0)中的物体波场发展成平面波exp(i(k_xx+k_yy))，也就是说，计算波场的二维傅立叶变换。因此知道波场的单个平面波的波数的横向分量，也就是说知道了函数术语“横向”应当总是指下文全息图平面里的方向。形容词“轴向的”标识与全息图平面成直角的方向。对于设备，全息图平面又与进行光强测量的平面相一致（->相机平面，见下文）。

场的传播现在对应于这些分量的相位匹配，因为它们必须距原来的平面一个预定的距离。这通过在每一单个分量上乘以相位因子exp(ik_zz₀)实现，其中k_z指定了波数矢量的轴向分量并一般情况下对于所有的(k_x，k_y)分量均不同。z₀代表了轴向的传播距离。k_z分量（在真空中）由下式得到：

kz(k,kx,ky)=k2-kx2-ky2,---(1)]]>

k=2π/λ表示总共的波数。用数学来表示，传播的平面波的分解因此从原始的平面波中（一般是测量出的波场的分解）使用下式计算得出：