双光束照明3PIE层析成像

在单光束照明3PIE(Ptychographic Iterative Engine)方法中,照明光垂直照射在待测样品表面,没有考虑照明光倾斜对重构结果的影响。在单光束照明3PIE方法的基础上提出了双光束照明3PIE方法,同时模拟分析了初始猜测照明光中相位倾斜因子对成像质量的影响。双光束照明3PIE方法在迭代恢复样品的过程中,两束照明光均用于更新同一样品的复振幅分布,理论分析和实验结果均表明,双光束照明3PIE方法能够提高算法的收敛速度,有效减弱恢复样品不同层次之间的串扰,适用于三维层析成像。     

基于光栅分光法的相干衍射成像

提出一种可以通过单次曝光实现 PIE(ptychographic imaging engine)成像的方法, 该方法用正交光栅将入射细光束衍射为传播方向不同的子光束簇以对样品进行照明, 并用CCD同时记录各个子光束所形成的衍射光斑阵列. 该方法很好地克服了现有PIE方法的成像质量易受机械扫描误差影响和数据采集时间过长两个缺点, 具有很好的实用价值. 关键词： 相干衍射成像 相位恢复 显微成像 迭代算法     

微细光刻中部分相干系统成像研究

分析了投影光刻系统中部分相干成像的过程，结果表明部分相干成像的像强是相干成像的像强对光源上每一点互相干强度的权重和，得出了近年来改进照明条件提高分辨力的物理本质，部分相干成像系统是一个空间频率可变的系统，频率的调制是通过照明函数的变化来实现的提出了进一步提高光刻分辨力的新途径。     

用于人眼视网膜成像照明的激光消散斑技术研究

以近红外激光(808 nm)作为人眼波前像差探测的信号光和视网膜成像的照明光,液晶空间光调制器(LCOS)作为波前校正器,用哈特曼波前探测器探测人眼像差,构建了人眼像差自适应校正的视网膜成像系统.利用模拟眼分析了激光散斑对相机成像的影响和对哈特曼波前探测器进行像差探测的影响,同时验证了利用旋转散射体的方法消除激光散斑的可行性和有效性;用活体人眼进行了激光消散斑前后照明视网膜进行成像的对比实验,并进一步利用自适应光学技术实现了对人眼像差的动态校正和视网膜细胞的连续成像.校正后,系统波前像差的均方根值小于0.1λ.实验表明激光消散斑后可以同时作为人眼像差探测的信号光和视网膜成像的照明光,从而可以进行连续自适应校正和成像.     

可调空间分辨USEDCARS技术研究

相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）技术是一种非常重要的燃烧诊断技术,该技术具有非常强的抗干扰能力和非常高的测量精度。但空间分辨力不足会使CARS技术产生很强的空间平均效应,引起成CARS光谱畸变,进而造成CARS光谱分析困难,无法通过CARS光谱反演燃烧场参数。针对非稳腔空间增强探测CARS（USEDCARS）技术存在的空间分辨不足以及空间分辨力不易改变的特点,分析了影响USEDCARS技术测量空间分辨力的各种因素,采用一组轴棱锥对USEDCARS系统中的泵浦激光进行环状光束整形,并通过调节轴棱锥之间的距离获得了不同直径的环状光束,在此基础上,建立了空间分辨可调USEDCARS诊断系统。开展了空间分辨力分析实验,获得了CARS信号强度随空间位置的分布数据,以CARS信号总强度95%包含的空间区域代表CARS的纵向空间分辨力,以此计算得到了CARS系统空间分辨力为1.7～6.5 mm连续可调。其中,高分辨力情况,达到了现有BOXCARS技术的空间分辨力。利用所建立的空间分辨可调USEDCARS诊断系统测量了酒精/空气预混火焰温度参数,获得了不同空间分辨条件下的CARS光谱。空间分辨力为1.7 mm时,获得了高质量CARS光谱,通过光谱拟合给出了所测火焰的温度信息。分辨力分别为4.9和6.5 mm时获得了较强的CARS信号,但存在光谱畸变。结果显示,空间分辨力对CARS信号的强度和空间平均效应有很大地影响,提高测量的空间分辨力可以有效消除空间平均效应,获得准确的CARS光谱,增强光谱拟合精度,同时空间分辨可调的特性使该系统能够更好地适应不同实验条件下的诊断工作。     

部分相干成像的光学传递函数

本文给出在准单色光照明下,部分相干和非相干成像光学传递函数新的计算方法。从基尔霍夫衍射积分出发,引进准波前像差,并在菲涅尔近似下给出点像振幅分布,对照明光源不作匹配限制,计算公式简明,准相干度（ 不同于传统的相干度） 容易计算。利用分片多项式插值计算准波前像差,从而可实现变形成像ＯＴＦ 的计算     

部分相干条件下的弱散射样品ptychography iterative engine成像

分析了照明相干性对ptychography iterative engine(PIE)成像技术的影响机理,指出利用零级衍射光范围内的衍射斑进行图像重建,可以避免由于部分相干性所引入的矛盾因素,并大幅度提高再现像质量,但再现像的对比度会明显降低.而采用散射斑强度的高次方进行图像重建时,相位的倍增作用可使相干性不足所引起的对比度降低大部分得以弥补,从而大大降低PIE技术对光源相干性的依赖并拓展其可应用范围.     

基于自发辐射相干实现光学前驱动场

研究一个具有两个靠得足够近激发能级的双Lambda模型, 在矩形脉冲中分离出光学前驱动场. 当耦合场是大失谐时, 该原子系统在自发辐射相干效应的影响下产生一个透明窗口并伴随着陡峭的色散曲线. 因此, 由于透明窗口中的慢光效应可以使光学前驱动场从主脉冲场中分离出来. 另外, 我们通过调控脉冲波形序列研究探测场相位和幅值的累积光学前驱动波. 数值结果表明: 由于累积光前驱动场与脉冲主场的相长干涉大大地提高瞬态脉冲的能量.     

PIE成像中周期性重建误差的研究

本文分析了PIE技术中周期性误差出现的根本原因,并在此基础上提出一种能明显减小此种误差的方法.通过将现有PIE成像技术中的定步长二维周期扫描变为步长和方向都不确定的随机二维扫描,可以根本上去除样品重建像中的周期性误差,从而得到准确的相位和振幅像,对提高PIE成像的精度有较好的现实意义.     

用于活体人眼视网膜观察的自适应光学成像系统

利用自适应光学技术,研制了两套活体人眼视网膜高分辨力成像系统,在实时校正人眼波前误差的基础上,实现活体人眼视网膜细胞尺度的高分辨力成像。这两套系统分别采用19和37单元小型压电变形反射镜作为波前校正元件,哈特曼-夏克(Hartmann-Shack)波前传感器测量波前误差,用眼底反射的半导体激光作为波前探测的信标。在用计算机控制自适应光学系统实现人眼波前误差校正后,触发闪光灯照明视网膜,用CCD相机记录视网膜的高分辨力图像。校正后的残余波前误差的均方根值已分别小于1／6和1／10波长,相当于视网膜上成像分辨力分别为3．4μm和2．6μm,接近衍射极限。试验表明37单元系统的成像质量更好。     

星间相干激光通信中反射镜面形畸变状态下通信性能的研究

单个激光波长受卫星相干光通信系统中反射镜的影响,其波前将会发生不可预期的变化。研究了波前在单个反射镜面形畸变下的变化,并分析了它对卫星相干光通信效率的影响。仿真结果表明,畸变位置处的峰谷值是影响激光波前的主要因数,而畸变的大小对链路性能的影响却有限。     

线性相位反演传感器与哈特曼传感器的实验研究对比

为了进一步分析线性相位反演波前传感器的性能,搭建了基于线性相位反演测量方法的波前传感器的实验装置.针对各种波前随机像差,同时用线性相位波前传感器和哈特曼波前传感器进行测量和复原,将复原结果进行对比.分析了不同的探测分辨力和不同泽尼克复原阶数对线性相位反演传感器复原结果的影响.分析了靶面分辨力,合理的靶面大小对复原精度是有利的,肯定了线性相位反演波前传感器可以用较少的探测单元实现相似精度的测量,采样靶面像素为8 pixel×8 pixel时,误差系数仍很小.利用对随机像差片进行不同阶数的复原,线性相位反演波前传感器的复原残差的误差率基本都在0.25以下,能对前35阶像差进行比较精确的复原.     

利用相位差法测量望远镜像差

大气湍流引起的动态波前畸变和望远镜的像差是限制望远镜分辨力的主要因素,如何准确地测量望远镜的像差是进一步提高望远镜分辨能力的关键问题。相位差法利用在焦面和离焦面上同时采集到的短曝光图像,恢复出瞬时波前相位分布,然后根据大气湍流的统计特性进行平均,可以实现对望远镜像差的估计。通过计算机模拟实验,对利用相位差法恢复光瞳上的波前相位和测量望远镜像差进行了研究。模拟研究结果表明,利用相位差法能有效地估计出望远镜像差,估计均方根误差约为0.08个波长。     

基于波前相位调制的宽视场光片显微镜研究

为解决光片显微镜成像视场范围小的问题,通过光束波前相位调制与图像拼接技术实现了光片显微镜对样本的宽视场成像。数值模拟了照明光束在波前相位调制后物镜聚焦面处的光强分布。搭建了光片显微镜光路系统,并对荧光微球、菊花花粉进行成像实验。采用片状照明光束对不同聚焦位置处的样本进行成像,再将图像进行剪裁、拼接得到宽视场成像结果。实验结果表明,488nm激发光通过数值孔径为0.3的物镜照明样本成像,可在保持光片厚度为0.81μm的情况下达到31.93μm的成像视场,视场扩展到原视场的3倍以上。仿真和实验表明,采用光束波前相位调制与图像拼接技术可在不损失层切能力的前提下扩展光片显微镜的成像视场。     

对一种线性相位反演波前测量方法的数值仿真

利用数值仿真方法对一种基于线性相位反演波前测量方法的性能进行了详细分析。讨论了这种线性相位反演波前测量方法的定标过程,描述了基于线性相位反演算法的波前传感器的基本组成结构。利用数值仿真计算,分析了系统自身像差和模式标定系数对这种波前传感器性能的影响,通过复原矩阵条件数,分析了靶面像素和这种波前测量方法的空间分辨力的关系。仿真结果验证了该种新型线性相位反演波前测量方法的可行性。     

对一种线性相位反演波前测量方法的数值仿真

 利用数值仿真方法对一种基于线性相位反演波前测量方法的性能进行了详细分析。讨论了这种线性相位反演波前测量方法的定标过程,描述了基于线性相位反演算法的波前传感器的基本组成结构。利用数值仿真计算,分析了系统自身像差和模式标定系数对这种波前传感器性能的影响,通过复原矩阵条件数,分析了靶面像素和这种波前测量方法的空间分辨力的关系。仿真结果验证了该种新型线性相位反演波前测量方法的可行性。     

可消除光场畸变的物面平移横向剪切数字全息

提出了一种可根本消除各种光场畸变的横向剪切数字全息方法,采用三幅物面相互存在微小平移的数字全息图,通过波前差分来消除照明光和参考光引入的相位畸变,用横向剪切波前重构算法恢复待测物面三维数据。设计了一个反射式实验检测光路,光路中人为引进未知的波前畸变对该算法进行了实验验证。结果表明,在没有对物面和CCD记录面做严格方位校准,横向平移精度为0.01 mm,平移量为0.02 mm的条件下,标准相位的均方根误差约为λ14,分析了其误差来源,可用于超精密光学三维测量,有望减小光场畸变提高测量精度。     

分辨力增强技术的频谱分析

离轴照明和衰减型相移掩模作为重要的分辨力增强技术,不仅可以提高光刻的分辨力,同时还可以改善成像焦深,扩大光刻工艺窗口,实现65~32 nm分辨成像。从频谱的角度分析了离轴照明和衰减型相移掩模对成像系统交叉传递函数和像场空间频率分布的影响,研究这两种技术的物理光学本质,由此进一步优化光学成像系统设计、分辨力增强技术和确定设备使用的参量。对分辨力增强技术的频谱分析研究表明,分辨力增强技术通过调整像场频谱分布,改善了光学光刻的图形质量。对于65 nm密集图形,离轴照明和相移掩模结合后可以使成像衬比度最高达到0.948,工艺窗口在5%曝光范围内焦深达到0.51μm。     

基于电子束剪切干涉的PIE成像技术研究

提出了基于M?llenstedt电子双棱镜的电压扫描剪切干涉全场ptychographic iterative engine(PIE)显微成像技术.从低到高逐步改变电子双棱镜的电压,并同时记录所形成的剪切干涉条纹,待测样品透射电子束的强度和相位分布就可以用PIE算法得以快速重建,而且双棱镜的方向、位置和实际电场强度分布等诸多实验中不可避免地偏差都可以在迭代过程中自动得以更正.所提技术能够克服现阶段用电子束进行PIE成像的诸多技术困扰,从而有望推动PIE技术在电子显微成像领域的发展和应用.     

利用变迹术和相干门相结合实现光学相干层析成像术轴向超分辨

光学相十层析成像（光学相干层析成像术）的轴向分辨力由光源带宽和探测光束的聚焦条件共同决定。提高光学相干层析成像术轴向分辨力的方法主要基于带宽光源技术。提出了一种将变迹术与光学相十层析成像术相干门有机结合的方法来提高其轴向分辨力。通过适当形式的光瞳滤波器．使光学相干层析成像术系统轴向响应的主瓣宽度缩小到相干门之内,而其旁瓣则处于相干门之外．不对相干成像产生有效贡献。这样．就能在光源带宽不变的条件下,有效提高光学相十层析成像术的轴向分辨力,避免了采用宽带光源所带来的费用昂贵和系统复杂等缺陷。