[发明专利]一种离散孔径内推的太赫兹数字全息成像方法和系统

权利要求书

1.一种离散孔径内推的太赫兹数字全息成像系统，其特征在于，包括：太赫兹波源(1)、硅片(3)、样品(4)和反射镜A(5)、反射镜B(6)、离轴参考光控制快门(7)、赫兹探测器(8)和二维电动平移台(9)；太赫兹波源(1)产生和输出太赫兹波(2)，硅片(3)分别透射和反射一束太赫兹波(2)，样品(4)和反射镜A(5)用于反射同轴参考光波，反射镜B(6)用于反射离轴参考光波，离轴参考光控制快门(7)用于控制太赫兹波(2)的传播，太赫兹探测器(8)用于接收太赫兹波信号，二维电动平移台(9)用于对太赫兹探测器(8)进行二维移动。

2.根据权利要求1所述的太赫兹数字全息成像系统，其特征在于：记录太赫兹离散孔径离轴子全息图HO_i时：太赫兹波(2)由太赫兹波源(1)发出，经硅片(3)反射出一束光波照射到样品(4)上，之后反射回硅片(3)，经硅片(3)透射到太赫兹探测器(8)；太赫兹波(2)由太赫兹波源(1)发出时，经硅片(3)透射出另一束光波照射到反射镜B(6)，此时离轴参考光控制快门(7)为打开状态，光波直接由反射镜B(6)反射到太赫兹探测器(8)。

3.根据权利要求1所述的太赫兹数字全息成像系统，其特征在于：记录太赫兹离散孔径同轴子全息图HI_i时：太赫兹波(2)由太赫兹波源(1)发出，经硅片(3)反射出一束光波照射到样品(4)上，之后反射回硅片(3)，这一束其余光波照射到反射镜A(5)后反射回硅片(3)，这一束光波经硅片(3)透射到太赫兹探测器(8)；太赫兹波(2)由太赫兹波源(1)发出时，经硅片(3)透射出另一束光波照射到反射镜B(6)，此时离轴参考光控制快门(7)为关闭状态，光波经反射镜B(6)反射后被其阻碍传播，无法到达太赫兹探测器(8)。

4.根据权利要求1所述的太赫兹数字全息成像系统的成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，离散孔径图像阵列设计；

离散孔径子图像阵列由n个独立离散孔径太赫兹子图像组成，阵列形状由样品边缘形状决定同时覆盖整个样品，离散孔径太赫兹子图像边长尺寸等于太赫兹探测器靶面实际尺寸，n个独立离散孔径太赫兹子图像在阵列中的位置坐标为(x₁,y₁)，(x₂,y₂)…(x_n,y_n)，离散孔径太赫兹子图像间距尺寸设置为k，离散孔径子图像间无重叠部分即k0；

步骤2，太赫兹离散孔径子全息图记录；

通过太赫兹数字全息成像系统对离散孔径太赫兹子图像完成记录，通过二维电动平移台将太赫兹探测器移动至独立离散孔径太赫兹子图像在阵列中的中心位置坐标(x₁,y₁)，(x₂,y₂)…(x_n,y_n)，在第i个离散孔径太赫兹子图像位置，分别记录太赫兹离散孔径离轴子全息图HO_i和太赫兹离散孔径同轴子全息图HI_i，记录过程如下：二维电动平移台移动至中心位置坐标(x_i,y_i)时，打开离轴参考光控制快门，记录太赫兹离散孔径离轴子全息图HO_i，保持二维电动平移台相同位置，关闭离轴参考光控制快门，在样品后加入反射镜A(5)，记录太赫兹离散孔径同轴子全息图HI_i，之后二维电动平移台移动至下一个中心位置坐标(x_i+1,y_i+1)，重复上述过程记录太赫兹离散孔径离轴子全息图HO_i+1和太赫兹离散孔径同轴子全息图HI_i+1；

步骤3，离散孔径子全息图定位重组；

由离散孔径图像设计阵列生成太赫兹离散孔径衍射图，其中n个独立离散孔径太赫兹子图像在阵列中心位置处的图像H_i振幅值定位为记录的太赫兹离散孔径同轴子全息图HI_i的振幅值，相位值定位为离轴子全息图HO_i经过频谱滤波的离轴子全息图相位值，在太赫兹离散孔径衍射图的无子孔径部分，振幅值设置为衍射图像振幅均值，相位设置为随机值，获得离散孔径重组太赫兹图像H；

步骤4，重组太赫兹图像迭代内推再现；

在离散孔径重组太赫兹图像H设置相邻独立离散孔径太赫兹子图像H_i和H_i+1的振幅和相位作为迭代内推再现过程的起始值，通过计算机中的自由空间传播算法逆向传播到样品平面，加入样品平面约束条件并正向传播到探测平面，获得内推重组太赫兹图像的更新振幅和相位图像；在太赫兹离散孔径衍射图的无子孔径图像部分用更新振幅和相位图像替换，独立离散孔径太赫兹子图像位置仍使用记录的振幅和相位图像，之后将该太赫兹图像作为下一轮迭代的起始值，达到收敛条件后停止迭代；每停止迭代一次，在离散孔径重组太赫兹图像H加入一个相邻的独立离散孔径太赫兹子图像H_i+2的振幅和相位，开始新一轮的迭代，依次重复以上过程直至加入所有n个独立离散孔径太赫兹子图像H_n的振幅和相位，完成太赫兹离散孔径子全息图的内推过程；通过自由空间传播算法完成内推太赫兹全息图的重建，获得样品的振幅和相位图像。