[发明专利]一种基于相位恢复的物质分布探测方法

摘要

本发明提出了一种基于相位恢复的物质分布探测方法，首先，根据Gerchberg‑Saxton(GS)算法，利用入射光光强和透明物质的衍射光强，恢复包含相位变化信息的波函数。然后，为了避免相位折叠，利用一种基于梯度场的相位评估算法从得到的波函数中计算相位变化。最后，依据物质三维分布与相位变化的线性模型，便可以得到物质的三维分布。本发明能直观和准确地探测透明物质的形态和分布，可靠性和准确度高。

主权项

一种基于相位恢复的物质分布探测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：用一束激光照射物质，获取垂直于激光传播方向的接收平面的衍射光强分布；步骤二：根据入射光的光强分布和接收平面的衍射光强分布，利用Gerchberg‑Saxton算法恢复包含入射光通过物质后的相位变化信息的波函数；步骤三：利用相位评估算法从上述波函数计算得到入射光通过物质后的相位变化；步骤四：根据物质的三维分布与入射光通过物质后的相位变化的线性关系计算得到物质的三维分布；所述步骤二中利用Gerchberg‑Saxton算法恢复包含入射光通过物质后的相位变化信息的波函数的步骤为：(1)第一次迭代时，令计数i＝0，选取一个初始随机相位将与出射平面振幅约束相乘后得到出射平面的波函数并使计数i＝i+1；(2)经过正向传输函数得到接收平面的波函数然后用接收平面振幅约束替换振幅A2(X2)，得到新的波函数(3)经过逆向传输函数得到出射平面的波函数(4)进行条件判断，如果计数i小于迭代次数Num，则，把步骤(3)中得到的出射平面的波函数中的振幅置“1”，得到然后，返回步骤(1)，将本步骤中得到的替换步骤(1)中的继续进行下一次迭代；否则，终止迭代并进入步骤三；其中，X1＝(x1,y1)和X2＝(x2,y2)分别为出射平面Γ1和接收平面Γ2上的点的坐标值，xy平面与激光传播方向垂直；A2(X2)为接收平面的波函数的振幅，为接收平面的波函数的相位，A1(X1)为出射平面的波函数的振幅，为出射平面的波函数的相位；其中β为衰减系数，A0(X1)入射光的振幅分布，I0(X1)为入射光的光强分布，I2(X2)为接收平面的衍射光强分布；所述步骤三具体为：使用最后一次迭代中步骤(3)中得到的出射平面的波函数来计算入射光通过物质后的相位变化：首先令其中s(X1)为的导函数，σ为常数；然后用四元传感器计算导函数s(X1)；最后令σ＝0，对导函数s(X1)二重积分就得到了出射平面的波函数的相位积分范围是以光轴为中心的矩形区域，即出射平面区域；则入射光通过物质后的相位变化为其中为入射光的初始相位。