[发明专利]多波长同时照明的非相干叠层衍射成像方法

摘要

本发明提供一种波长同时照明的非相干叠层衍射成像方法，成像过程包括以下过程：采用至少一种以上的不同激光器照明；出射的激光经过双全反射镜将光线调整至水平射出后通过双宽带分光棱镜合束；再经过空间滤波器扩束，再经过复消色差透镜准直后打到探针上；探针对待测样品进行叠层扫描；使用成像探测器记录各探针扫描位置的衍射图像的强度信息；将记录的衍射图像强度信息代入基于叠层扫描的多路复用迭代算法，恢复待测样品的复振幅分布、探针的复振幅分布和光谱权重。本发明的成像方案与相对应的算法，不仅能够恢复不同波段下对应的复振幅待测样品，同时也能恢复不同波段的光谱权重和不同波段下对应的照明探针的复振幅分布。

主权项

1.一种多波长同时照明的非相干叠层衍射成像方法，其特征在于：成像过程包括以下过程：1)采用不同激光器照明；2)出射的激光分别经过相应的双全反射镜将光线调整至水平射出后通过双宽带分光棱镜合束；3)合束后的光线经过空间滤波器扩束，再经过复消色差透镜准直后打到探针上；4)探针通过精密机械平移台实现固定步长的扫描，对待测样品进行叠层扫描；相邻两次扫描时照射部分有交叠；使用成像探测器记录各探针扫描位置的衍射图像的强度信息；5)将步骤4)记录的衍射图像强度信息代入基于叠层扫描的多路复用迭代算法，恢复待测样品的复振幅分布、探针的复振幅分布和光谱权重；步骤5)的具体过程如下：步骤5.1设待测样品的复振幅分布为Om[r(x，y)]，探针的复振幅分布为Pm[r(x，y)]，光谱权重为Sc，m，其中r(x，y)为物平面笛卡尔坐标系所对应的坐标；探针扫描步长为Rc＝(Rx，c，Ry，c)，c＝1，2，...，n，其中c为探针个数，m为波长个数；像平面笛卡尔坐标系所对应的坐标为u(x，y)；采用全1矩阵的评估方式分别随机评估不同波长下对应的待测样品复振幅分布Om[r(x，y)]、探针的复振幅分布Pm[r(x，y)]和光谱权重Sc，m；步骤5.2结合步骤5.1评估的光谱权重Sc，m、待测样品复振幅分布Om[r(x，y)]及探针的复振幅分布Pm[r(x，y)]，根据公式(1)计算多波长同时照明待测样品后所得到的出射波的复振幅分布：步骤5.3根据公式(2)使步骤5.2的出射波衍射至像面，得到待测样品的衍射图样的复振幅分布：Ec，m[u(x，y)]＝ofrt[Ec，m[r(x，y)]]  (2)步骤5.4保留步骤5.3中待测样品的衍射图样相位信息，更新待测样品的衍射图样的振幅信息，得到更新后的衍射图样的复振幅分布：式中Ic[u(x，y)]为成像探测器所接收到的各个探针照明下所对应的待测样品的强度值；步骤5.5根据公式(4)对步骤5.4得到的更新的衍射图样做逆菲涅尔衍射至物面；得到更新后的多波长同时照明待测样品后的出射波的复振幅分布：Ec，m[r′(x，y)]＝iofrt[E′c，m[u(x，y)]]    (4)其中，ofrt和iofrt分别定义为菲涅尔衍射和逆菲涅尔衍射；步骤5.6根据步骤5.2得到的Ec，m[r(x，y)]和步骤5.5得到的Ec，m[r′(x，y)]利用公式(5)和公式(6)，更新出不同波长下对应的待测样品的复振幅分布和探针的复振幅分布：式中α，β分别对应于算法的搜索步长，令α，β均为1，*代表复共轭计算，且步骤5.7根据步骤5.6得到的探针的复振幅分布更新不同波长对应的光谱权重：Sc，m＝∑x，y|Pm[r(x，y)]|2     (8)重复步骤5.2‑5.7直到各个探针照明下成像探测器所接收的衍射图样的强度信息即Ic[u(x，y)]都被使用完后，视为完成了一次迭代；经过多次迭代后，当相应的步骤5.4得到的E′c，m[u(x，y)]与步骤5.3得到的Ec，m[u(x，y)]的均方误差小于0.03时，该算法达到收敛；均方误差的计算公式为：当算法达到收敛后，提取多波长照明下所得到的待测样品所对应的各个波段的复振幅分布，采用NTSC制的编码方式，进行彩色编码，相应的编码公式为使用均方误差MSE评价复原的质量；计算两张图片f(x，y)和g(x，y)的均方误差计算公式如下：其中，M，N分别是x，y方向的像素个数。