[发明专利]X射线单次曝光相移径向剪切数字全息成像方法有效

专利信息
申请号: 201811504340.2 申请日: 2018-12-10
公开(公告)号: CN109343321B 公开(公告)日: 2020-09-15
发明(设计)人: 张军勇;张偲敏;周申蕾;范薇;朱健强 申请(专利权)人: 中国科学院上海光学精密机械研究所
主分类号: G03H1/04 分类号: G03H1/04;G03H1/08
代理公司: 上海恒慧知识产权代理事务所(特殊普通合伙) 31317 代理人: 张宁展
地址: 201800 *** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 射线 曝光 相移 径向 剪切 数字 全息 成像 方法
【权利要求书】:

1.一种基于希腊梯子波带片阵列的X射线单次曝光相移径向剪切数字全息成像方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:

步骤1)设计一种具有2×2分布的希腊梯子波带片阵列,其中每个希腊梯子波带片都能够在轴上产生两个等强度分布的衍射受限焦点,四个希腊梯子波带片之间可构成4个恒定相移值以满足相移全息的要求;

步骤2)构建一种单次曝光相移径向剪切数字全息光路,具体是:由X射线源作为照明光源,沿该X射线源(1)输出光方向依次放置待测物体(2)、波带片1(3)、正交光栅(4)、波带片2(5)、希腊梯子波带片阵列(6)和光电耦合探测器CCD(7),该光电耦合探测器CCD(7)与数据处理终端相连,由数据处理终端对4幅干涉图进行处理并获得待测波前的恢复结果;

所述正交光栅置于构成Kepler系统的两个波带片的公共焦平面,用于对入射光进行分束,在Kepler系统后产生2×2个与入射光波完全相同的光波。

2.根据权利要求1所述的基于希腊梯子波带片阵列的X射线单次曝光相移径向剪切数字全息成像方法,其特征在于:所述的步骤1)希腊梯子波带片阵列的设计,具体包括:

步骤1.1)设计能够在轴上产生等强度分布的衍射受限双焦点的标准希腊梯子波带片,并且前后焦面艾里斑内的相位值不同;

步骤1.2)以标准希腊梯子波带片为基准,用全局优化算法求解得到另外三个能实现设计相移值的波带片结构参数;

步骤1.3)按上述希腊梯子波带片的上述设计的四个希腊梯子波带片的相移值、焦距和半径尺寸,构建一种基于菲涅耳衍射积分的单次曝光相移径向剪切数字全息光路数值模拟程序,具体是:由X射线源作为照明光源,沿该X射线源输出光方向依次放置待测物体、波带片1、正交光栅、波带片2、希腊梯子波带片阵列,在希腊梯子波带片阵列后获得计算得到的相移干涉图,通过公式(1)对相移干涉图进行叠加并逆向传输,即可获得模拟全息恢复结果;

式中,Ij是相移值θj所对应的全息,j为相移干涉图的相移次序,复振幅R(θ1)为对应于相移值θ1的参考波;

通过上述数值模拟,确定该光路关键参数的最优值,具体包括波带片1、2的焦距,正交光栅的结构参数、2×2希腊梯子波带片阵列中相邻希腊梯子波带片的间距、干涉图采集平面离希腊梯子波带片阵列的距离;

步骤1.4)根据上述步骤获得的光路关键参数构建并加工实际的2×2希腊梯子波带片阵列;构建上述步骤中描述的实际光路,将光电耦合探测器CCD放置于2×2希腊梯子波带片阵列后,两者的间距为上述模拟获得的干涉图采集平面离希腊梯子波带片阵列的距离。该光电耦合探测器CCD与数据处理终端相连,由数据处理终端对4幅干涉图进行处理并获得待测波前的恢复结果。

3.根据权利要求2所述的基于希腊梯子波带片阵列的X射线单次曝光相移径向剪切数字全息成像方法,其特征在于:所述X射线源产生2.8nm的X射线,置于变焦光路的最前端;用X射线光源照明输入物,该输入物为纯相位物体。

4.根据权利要求2所述的基于希腊梯子波带片阵列的X射线单次曝光相移径向剪切数字全息成像方法,其特征在于,所述希腊梯子波带片阵列置于Kepler系统像面后,用于对输入的四个光波分别进行径向剪切干涉并引入不同相位差。

5.根据权利要求2所述的基于希腊梯子波带片阵列的X射线单次曝光相移径向剪切数字全息成像方法,其特征在于,所述光电耦合探测器CCD置于希腊梯子波带片阵列后,调节光电耦合探测器CCD的位置置于希腊梯子波带片阵列的后焦平面附近略微偏离焦平面,用于检测采集相移剪切干涉图。

6.根据权利要求1或2所述的基于希腊梯子波带片阵列的X射线单次曝光相移径向剪切数字全息成像方法,其特征在于,所述的希腊梯子波带片阵列是一种衍射型光学元件,由四个具有不同相移值的希腊梯子波带片组成,实现相干光源下从X射线到太赫兹波段的相移数字全息成像和波前检测。

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