[发明专利]一种高分辨率连续太赫兹波叠层成像方法

权利要求书

1.一种高分辨率的连续太赫兹叠层成像系统，其特征在于：包括二氧化碳泵浦连续太赫兹激光器，两个镀金离轴抛物面镜、太赫兹透镜、被测物体、二维电动平移台和面阵式热释电探测器；二氧化碳泵浦连续太赫兹激光器作为辐射源；离轴抛物面镜将激光器辐射出的连续太赫兹波扩束准直成平行光；太赫兹透镜对平行光进行汇聚；被测物体固定在二维电动平移台上，且置于太赫兹透镜后焦面之后，二维电动平移台的x轴、y轴用以水平、垂直移动被测物体；面阵式热释电探测器放置在被测物体后，用以采集衍射强度信息；太赫兹波由激光器生成后，通过两个离轴抛物面镜进行扩束准直，太赫兹透镜将平行光进行汇聚，被测物体放在太赫兹透镜后焦面之后，面阵式热释电探测器记录物体后的衍射信息；通过移动二维电动平移台，面阵式热释电探测器采集到物平面有交叠区域的物体衍射图I_j(u)，其中j＝1,2,3…J，J是扫描位置的总数；

该连续太赫兹叠层成像系统的成像方法包括如下步骤，S1扩束准直后的平行光被太赫兹透镜汇聚，调节焦距为f的太赫兹透镜与被测物体间距为d₀，使得被测物体位于太赫兹透镜后焦面之后d₀-f处，假设物面坐标为r＝(x,y)，记录面的坐标为u＝(ξ,η)，被测物体表面的复振幅分布和探针函数分别表示为O(r)和P(r)；被测物体与探测器间距为d，去掉被测物体，用探测器记录发散球面波探针的强度图I₀(u)，作为以发散球面波为探针的ePIE算法的初始探针猜测；

S2将被测物体加入光路中，按照电动平移台的扫描路径依次采集物体的衍射强度I_j(u)，表达式如下：

I_j(u)＝|G_d{O(r)P(r-R_j)}|², (1)

其中R_j＝(x_j,y_j)表示样品的第j个平移向量，j＝1,2,3…J，J是衍射图样的总数，G{}为衍射传播算子，我们采用角谱衍射传播；

S3利用ePIE算法重建物面低分辨率的物体复振幅透过率函数和探针函数；

S4利用外推算法扩大衍射图的尺寸，重建物面高分辨率的物体复振幅透过率函数；

S5采用更新后的物函数作为初始物函数猜测，更新后的探针函数作为初始探针函数猜测，对下一样品位置的衍射图依次进行重建处理，直至更新完整个物面一次；对整个物面迭代n次，收敛后便得到最终重建物面的高分辨率物体透过率函数和探针函数分布；

外推算法的具体流程分为以下七个步骤：

S4.1第j个位置的重建中，将第j个衍射强度图I_j(u)、探针尺寸、平移向量、衍射距离作为已知量，衍射强度图的矩阵大小为M₀×N₀，以ePIE算法重建物面的物体复振幅透过率函数作为初始猜测物函数O_jX，其中物函数O_jX的矩阵大小为K×L，X＝(k,l)代表物体的像素位置，将ePIE算法重建物面的探针函数外围填充随机数至M×N大小，作为初始猜测探针P_jr，其中KM，LN，表示局域照明光扫描样品区域，MM₀，NN₀；

S4.2在O_jX中以R_j＝(R_xj,R_yj)位置为中心截取M₀×N₀区域，在M₀×N₀区域外围填充随机数至M×N大小，作为部分物函数obj_jr，则第j个位置的样品出射波为：

ψ_jr＝obj_jr×P_jr. (2)

S4.3样品的出射波乘上一个汉宁窗以消除孔径效应，然后利用角谱衍射传播距离d到记录面，得到记录面的衍射场复振幅分布：

Φ_jr＝G_d{Hanning(ψ_jr)}. (3)

S4.4用探测器采集的衍射强度I_j(u)的均方根代替(3)式中Φ_jr中心位置M₀×N₀区域的振幅，M₀×N₀区域外的振幅和全部相位保留，得到新的复振幅分布：

其中，S₀为M₀×N₀区域；

S4.5将新的记录面衍射场复振幅分布乘上汉宁窗后衍射回传距离d至物面，得到更新后的物体出射光场ψ'_jr；

S4.6通过更新函数更新初始猜测的部分物函数和探针函数，更新函数如下：

其中α,β为权重系数；ε为调节系数，用以调节分母不等于0，取值为0.01；

S4.7截取更新后的部分物函数矩阵obj'_jr的中心M₀×N₀区域，放回S4.2中截取的位置，得到更新后的物函数分布O'_jX。