照明方式对PIE成像质量影响的研究-论文.pdf

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1、第34卷第9期光学学报Vo1．34，No．92014年9月ACTAOPTICASINICASeptember，2014照明方式对PIE成像质量影响的研究程君刘诚朱健强(中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室，上海201800)摘要系统研究了照明光的波前曲率对PIE成像分辨力的影响，证明采用弯曲波前的照明光可以显著提升PIE对随机噪声和量化误差的抗干扰能力，从而能够使重建图像的分辨力提高3倍以上，为实际实验中照明光的选择提供了指导。关键词相干光学；曲率照明；相干衍射成像；相位恢复；迭代算法中图分类号0433文献标识码Adoi：10．3788／A0S

2、2O1434．0911004InfluenceofIlluminationtothePIEImagingMethodChengJunLiuChengZhuJianqiang(NationalLaboratoryonHighPowerLasersandPhysics，ShanghaiInstituteofOpticsandFineMechanics，ChineseAcademyofSciences，Shanghai201800，China)AbstractCurvedilluminationisusedtoimprovetheperformanceofptychog

3、raphica1iterativeengine(PIE)．InfluenceofilluminationwithdifferentcurvaturesonPIEiSstudied．Resultsshowthatcurvedilluminationcanmakethealgorithmmorerobusttorandomnoiseandquantizationerror，andenhancetheresolutionofPIEmorethanthreetimes．ThusagoodreferencetothechoiceofilluminationinthePIEe

4、xperimentiSgiven．Keywordscoherenceoptics；curvedillumination；coherentdiffractionimaging；phaseretrieval：iterativealgorithmOCIScodes110．1650；050．1940；050．1970：260．19601引言术l_】，收敛速度快，视场范围可以任意扩展。Maiden等[13-14]提出ePIE算法和位置纠正算法，解在材料学和生物学等领域中，经常需要精密测决了PIE算法中照明光分布和扫描定位两个主要量被研究对象的透射函数，测量方法可分为干涉法口

5、-5]与衍射法_6两类。与干涉法相比，衍射法技术难题，PIE算法的实用性得到大幅度提高。具有实验装置简单、抗干扰能力强等优点，因此在x但是，照明方式对PIE成像性能的影响到目前射线成像和电子束成像等领域。。叩得到越来越多为止仍然缺乏明确的理论指导。现有的PIE成像的关注。盖师贝格～撒克斯通(Gerchberg—Saxton)实验研究中，一般都是简单地通过考虑电荷耦合器算法和Fienup算法是衍射法的代表_6]，不需要使用件(CcD)对物体透射光的接收角来衡量系统的分辨透镜等光学元件，分别在空域与频域中使用强度约能力，这种处理方法对于一种新型的衍射成像技术束并通过逐

6、次迭代重建物体的相位信息。来说明显是不够的，因为很多衍射成像技术[1都传统衍射法存在视场受限、收敛慢、可靠性低等对照明光的分布较为敏感，通过改变照明光的状态不足，为了克服这些缺点，Rodenburg等口在2004可以显著改善成像系统的特性。为此，本文对照明年提出了PIE算法，移动待测物体记录一组衍射光光波前形状对PIE算法的影响进行了系统的研究，斑，在照明光波场已知的条件下快速、可靠地重建物指出采用波前曲率较大的发散或者会聚光对样品进光波场。PIE算法由于采用了Ptychography技收稿日期：2014—04—23；收到修改稿日期：2014—05—27基金项目：

7、中国科学院百人计划基金(1104331-JRO)作者简介：程君(1989一)，男，硕士研究生，主要从事光学测量方面的研究。E-mail：chjunlm@126．corn导师简介：刘诚(197l一)，男，博士，研究员，主要从事光学成像与测量等方面的研究。E-mal：chengliu@siom．ac．cn(通信联系人)／／光学学报行照明可以显著提高PIE成像的分辨率，从而为实波可以表示为际PIE实验研究提供直接的指导。∥(r)=P(r)O(r，S)，(1)式中r一(z，)为物面坐标，S，为物体第J次移动位2PIE基本原理置。出射光波传播到探测面(CCD面)形成的衍射光

8、斑的光强可