[发明专利]一种测量散射物体散射函数实部和虚部的装置和方法

说明书

技术领域

本发明属于应用光学技术领域，尤其涉及一种测量散射物体散射函数实部和虚部的装置和方法，此测量方法能够精确的恢复出散射物体散射函数的振幅和位相信息，可以应用于光学成像、空间遥感、天文探测等领域。

背景技术

近年来，散射物体的散射函数获得了研究人员的广泛关注，从物体的散射函数中可以提取出散射物体的基本特征参数，从而为物体的成像、探测等等提供重要的技术基础。从统计力学角度来讲，散射函数一般可以用关联函数来表征，关联函数是指空间上的某一点在不同的时刻(时域)或者是同一时刻在空间不同的位置(空域)之间起伏的一致性，如果在不同的时刻或者不同的空间位置二者具有完全一致的起伏特性，那么就说二者是完全相关的，关联值为一；如果二者的起伏完全独立，那么就说二者不相关，关联值为零，一般而言，光场的关联值介于这两个极限值之间。

因此，我们可以通过测量两点在时域或者空域的关联获得光束在时间和空间上的起伏关联，从而还原目标物体的结构和空间等信息，这一测量手段在天文测量、信息加密、生物技术等等方面具有广泛的应用价值，特别是在光学探测、光学通信、光束整形、粒子俘获、光学成像等等领域，获得了广泛的应用。因此，散射函数的测量具有重要的实践意义。但是在以往的实际应用中，传统的测量并不能恢复出散射函数值(包含实部和虚部信息)，而只能够得到散射函数的模平方，显然这并不能够得到散射函数的完整信息，同时这种测量方式具有严重的局限性，限制了对散射函数的进一步应用，到目前为止还没有提出过完整的恢复散射函数的方法和装置。此外，长期以来，对于散射函数的研究一直聚焦于简单的散射函数，近几年来，随着更为复杂的散射函数的理论和实验研究的发展，也催生了关于散射函数的更深层次的实践应用，展现出更为广阔的应用前景。

综上所述，散射函数因其特殊的结构特征被广泛的应用于天文观测、国防科研、医疗卫生等重大领域，具有广泛的应用价值，但是，正是因为其特殊的结构特征，如何精确的测量和还原其实部和虚部信息从而得到完整的关联信息显得尤为重要，同时也具有重要的现实意义。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种测量散射物体散射函数实部和虚部的装置和方法，所提出的方法能够精确的测量出散射函数的实部和虚部信息，在光学成像、空间遥感、天文探测、信息的加密和传输等等领域具有重要的应用价值。

本发明的测量散射物体散射函数实部和虚部的装置，包括激光器、对所述激光器发出的激光光束进行扩束的扩束器、将扩束后的所述激光光束分成相垂直的透射光束与反射光束的第一分光镜、分别将所述透射光束与所述反射光束反射90°的第一反射镜与第二反射镜、以及将反射后的所述透射光束与所述反射光束共轴叠加的第二分光镜、将叠加后的光束的光强信息转换为图片信息的探测传感器，以及与所述探测传感器通信连接的微型计算机，散射物体置于所述第一反射镜与第二分光镜之间或置于所述第二反射镜与第二分光镜之间。

进一步的，所述第一分光镜与所述第一反射镜和第二反射镜之间均设有中性密度滤波片。

进一步的，所述激光器为线偏振单纵模He-Ne气体激光器。

进一步的，所述第一分光镜与第二分光镜的分光比均为50：50。

本发明还提供一种测量散射物体散射函数实部和虚部的方法，包括步骤：

(1)将线偏振He-Ne激光器产生的准直的线偏振激光束光束经扩束镜扩束，由第一分光镜均匀分为透射光束和反射光束；

(2)将第一分光镜透射的完全相干准直线偏振光束，由中性密度滤波片后经第一反射镜反射成完全相干光束到第二分光镜处；

(3)将第一分光镜反射的完全相干准直线偏振光束，由中性密度滤波片后经第二反射镜反射到某一散射物体，产生具有一定散射函数分布的散射光束；

(4)将产生的散射光束与完全相干光束经第二分光镜共轴叠加，产生的叠加光束源由探测传感器接收，将探测传感器记录的数据传送至微型计算机程序处理后得到散射函数的实部和虚部信息。

进一步的，所述微型计算机处理步骤为：

(1)所述微型计算机根据所述探测传感器记录的光强矩阵I(r)，将所述探测传感器上接收到叠加光束源的光场和光强信息分别表示为两叠加的光源电场的矢量和以及光强信息的叠加，根据公式