论文部分内容阅读
一般,基于光电效应的光传感器只能记录光场的强度信息,无法直接获得其中的相位分布。如何通过测量的光强来推算出光场的相位分布,从而重构光场的复振幅分布,这就是所谓的相位检索,它一直是现代光学研究的重要领域。相位检索问题在全息显示、电子显微镜学、X射线衍射成像、自适应光学、天文观测、高精度测量等领域具有重要的应用价值。
目前,非干涉测量的相位检索方法包括迭代法、强度传播方程法、相空间法、基于二次约束的最优化检索法等。其中,迭代法实时性差,计算时间较长,误差收敛速度常常依赖于初值选取;相空间法需要多个截面的光强测量,实验繁琐,冗余量较大,效率较低;基于二次约束的最优化检索法是利用矩阵完备理论实现相位检索,理论新颖,目前还处于理论研究阶段;强度传播方程法应用数值计算方法来求解强度传播方程(TransportofIntensityEquation,TIE)并得到相应的相位分布,是一种获取相位信息的有效途径。
本文主要围绕利用强度传播方程从强度图像中检索相位信息的方法进行研究,重点探讨基于正交基求解TIE的相位检索方法。主要研究工作如下:
(1)分析相干和非相干情形对相位检索的影响,解释了在实际中用部分相干物理处理的合理性。进一步,从能量流的角度解释相位的概念,把它看成一个决定能量流动的势能,此概念对相位可视化和测量技术有重要意义。
(2)研究基于TIE的相位检索方法,总结了各种关于TIE的求解算法,如傅里叶变换法、格林函数法、多重网格法。实验从算法的速度、精确度、稳定性进行了对比分析。
(3)提出利用一种正交基求解TIE的相位检索方法。利用Zernike多项式在圆形区域和傅里叶谐波函数在矩形区域正交完备性质,作为一种正交基来扩展相位,达到求解相位的目的。实验验证,该方法具有较好的精确性和稳定性。
(4)探讨TIE方法的精确度和稳定性。分析TIE方法近似处理产生误差,讨论在噪声存在的情况下,如何通过合理地选择散焦传播距离来达到有效地抑制噪声和保留波阵面良好细节的目的。