[发明专利]一种基于连续太赫兹波的离轴数字全息衍射层析成像方法

权利要求书

1.一种基于连续太赫兹波的离轴数字全息衍射层析成像方法，实现该方法的基于连续太赫兹波的离轴数字全息衍射层析成像系统包括CO₂泵浦太赫兹激光器、第一镀金离轴抛面镜、第二镀金离轴抛面镜、分束片、镀金反射镜、电动旋转台、被测样品、热释电探测器；CO₂泵浦太赫兹激光器用于输出连续太赫兹波，第一镀金离轴抛面镜和第二镀金离轴抛面镜组成一个扩束单元，将CO₂泵浦太赫兹激光器输出的太赫兹波光斑直径扩大，其传播方向平行；分束片作用在于将扩束后的太赫兹波分为透射照明波和反射波，透射照明波传播到被测样品上，被测样品放置在电动旋转台上，通过控制电动旋转台，被测样品不同旋转角度的物光波透射到热释电探测器，反射波被镀金反射镜反射作为参考光波传播到热释电探测器中并与物光波发生干涉，通过热释电探测器记录离轴数字全息图H_i(x,y)；

其特征在于：包括离轴数字全息图的记录和全息图叠加去除噪声的处理过程，在全息图记录时，采集500帧全息图进行叠加平均处理：

是叠加平均处理后的全息图，m＝500；

当样品在旋转过程中不在旋转中心时，其距探测器的距离将会随着旋转角度的改变而改变，通过自聚焦算法找到全息图重建距离；聚焦的清晰图像具有更大的灰度级差异，通过计算图像的方差或标准差作为聚焦评价函数C(I)来评价图像的清晰程度，方差函数的计算公式如下所示：

式中表示图像I灰度值的平均值：

其中，M和N表示图像的行数和列数。

2.根据权利要求1所述的一种基于连续太赫兹波的离轴数字全息衍射层析成像方法，包括全息图重建结果的背景去除处理，对具有样品和没有样品的全息图进行相同的重建处理过程，然后将有样品的重建结果U除以重建背景U_bg：

U₀＝U./U_bg

U₀是重建的物平面复振幅分布。

3.根据权利要求1所述的一种基于连续太赫兹波的离轴数字全息衍射层析成像方法，其特征在于：重建样品的三维折射率分布的过程分为三个步骤：

(1)通过离轴数字全息重建方法和自聚焦算法，得到样品在单个角度下的物平面复振幅分布，然后对不同角度下的全息图进行相同的处理，获得样品不同角度下的物平面复振幅分布；

(2)将样品不同角度下的物平面复振幅分布进行Rytov近似处理，

U_Rytov是物体散射场的Rytov近似，a(r)和φ(r)是物平面复振幅的振幅和相位，a₀(r)和φ₀(r)是背景的振幅和相位；

(3)利用滤波反向传播算法对样品不同角度下的U_Rytov散射场进行重建，进而获得样品的三维物函数分布f(r)，利用物函数f(r)与折射率n(r)之间的关系：

其中，n_m表示周围介质的折射率，即可得到样品的三维复折射率分布n(r)。