一种连续太赫兹波双物距叠层成像方法与流程

技术特征：

1.一种连续太赫兹波双物距叠层成像方法，实现该方法的系统光路包括CO₂泵浦太赫兹激光器(1)、反射镜(2)、第一镀金抛物面镜(3)、第二镀金抛物面镜(4)、样品(5)、三维平移台(6)、热释电图像探测器(7)、二维平移台(8)；

CO₂泵浦太赫兹激光器(1)用于输出中心频率为2.52THz的连续太赫兹波；反射镜(2)用于将CO₂泵浦太赫兹激光器(1)的输出光波(1a)反射成为反射光波(2a)，反射光波(2a)入射到第一镀金抛物面镜(3)上；第一镀金抛物面镜(3)和第二镀金抛物面镜(4)相对称布置并组成一个控制光束宽度的单元，反射光波(2a)经过第一镀金抛物面镜(3)后成为第一反射光波(3a)，第一反射光波(3a)经过第二镀金抛物面镜(4)成为第二反射光波(4a)，通过控制经过第二镀金抛物面镜(4)的第二反射光波(4a)的宽度，使得第二反射光波(4a)的传播方向平行；将这个第二反射光波(4a)入射到样品(5)上，样品(5)置于三维平移台(6)上，利用三维平移台(6)实现对样品(5)的位置调整，使得第二反射光波(4a)依次对样品(5)的每一位置进行横向扫描，同时相邻照明光斑之间有确定的交叠率，二维平移台(8)设置在三维平移台(6)一侧，热释电图像探测器(7)设置在二维平移台(8)上，通过样品(5)后的出射光波(5a)传播到热释电图像探测器(7)上，分别采集到不同位置样品(5)的衍射图样，然后移动二维平移台(8)，改变样品(5)到热释电图像探测器(7)的距离，然后再次采集不同位置样品(5)的衍射图样；当记录距离为d₁时，每一个位置记录一幅衍射图样，i表示采集的幅数i＝1,2,···,k，k为整数；用表示采样的顺序，(x,y,d₁)为记录面Ⅰ的坐标分布，R_i表示记录的衍射图的顺序；横向扫描完样品的每一位置，纵向移动二维平移台(8)，记录距离为d₂时，再次横向扫描完样品(5)的每一位置，每一个位置记录一副衍射图样，用表示采样的顺序，(x₁,y₁,d₂)记录面Ⅱ的坐标分布；

其特征在于：该方法包括以下步骤，

S1通过探测器得到的整幅衍射图尺寸为124×124像素，其中，d_j表示第j个记录距离，j＝1,2；R_i表示记录的衍射图的顺序，i＝1,2,···,k，共记录k幅衍射图，(x,y,d₁)记录面Ⅰ的坐标分布；

S2从在开始横向扫描重建，首先对样品(5)和探针的复振幅值进行探测，分别表示为O_m,i(x₀-x_m,y₀-y_m,d)和P_m,i(x₀,y₀,d)，m表示迭代次数，m＝1,2,···,15；探针的出射光波通过样品(5)后为样品(5)的复振幅值和探针复振幅值的乘积即ψ_m,i(x₀,y₀,d)＝p_m(x₀-x_m,y₀-y_m,d)O_m,i(x₀,y₀,d)；这里(x₀,y₀,d)和(x,y,d₁)分别表示物面和记录面的空间坐标分布；

S3将透过样品的光波ψ_m,i(x₀,y₀,d)经角谱传播d₁，到探测器平面，得到记录面Ⅰ的复振幅值为即

其中，F{}和F^-1{}分别表示傅里叶变换和逆傅里叶变换，d₁为物面到记录面I的传播距离，λ表示波长，u、v为x、y方向上的空间频率，

$u=\frac{x}{\mathrm{\λ}d},v=\frac{y}{\mathrm{\λ}d}$

S4用探测器采集到的强度衍射图的均方根代替第(3)步中的振幅，得到新的复振幅分布

${{\mathrm{\Ψ}}^{\′}}_{m,i,d_1}(x,y,d_1)=\sqrt{I_{d_1}(x,y,d_1,R_i)}\frac{{{\mathrm{\Ψ}}^{\′}}_{m,i,d_1}(x,y,d_1)}{\left|{{\mathrm{\Ψ}}^{\′}}_{m,i,d_1}(x,y,d_1)\right|}$

S5采用角谱算法(ASP)将更新得到的记录面的复振幅回传到物面，得到新的物面的场分布ψ'_m,i(x₀,y₀,d)；通过两个更新函数更新初始猜测的物体和探针，样品的更新函数为：

$O_{m,i+1}(x_0,y_0,d)=O_{m,i+1}(x_0,y_0,d)+\mathrm{\α}\frac{P_{m,i}^{*}(x_0-x_m,y_0-y_m,d)}{|P_{m,i}^{*}(x_0-x_m,y_0-y_m,d){|}_{max}^2}\[{\mathrm{\ψ}}_{m,i}^{\′}(x_0,y_0,d)-{\mathrm{\ψ}}_{m,i}(x_0,y_0,d)\]$

这里，α权重系数，取值在[0.9,1]之间，实验中取值为0.98；探针的更新函数：

$P_{m,i+1}(x_0,y_0,d)=P_{m,i}(x_0,y_0,d)+\mathrm{\β}\frac{O_{m,i}^{*}(x_0-x_m,y_0-y_m,d)}{|O_{m,i}^{*}(x_0-x_m,y_0-y_m,d){|}_{max}^2}\[{\mathrm{\ψ}}_{m,i}^{\′}(x_0,y_0,d)-{\mathrm{\ψ}}_{m,i}(x_0,y_0,d)\]$

这里，β权重系数；

S6采用新的更新物函数和探针函数的乘积作为通过物体后出射光波的复振幅，扫描第i+1个位置，更新S3中的复振幅ψ_i+1,m(x₀,y₀,d)，从S3至S6继续扫描，直至扫描完成第k个位置，即扫描完成整个物面，得到更新的物函数，进行S7；

S7添加物面的约束条件更新物函数，物面的约束条件为：

$\left|{O^{\′}}_m(x_0,y_0,d)\right|=\left\{\begin{array}{cc}\left|O_m(x_0,y_0,d)\right|,& \left|O_m(x_0,y_0,d)\right|\≤1\\ 1,& \left|O_m(x_0,y_0,d)\right|\>1\end{array}\right.$

所以，其中表示更新后物函数O_m的相位；

S8将更新的函数O_m(x₀,y₀,d)重新作为物体的猜测函数，探针的更新函数采用S5得到的更新函数P_m(x₀,y₀,d)，此时，透过样品的光波ψ_m,i(x₀,y₀,d)，通过角谱传播d₂，到记录面Ⅱ上，得到记录面Ⅱ的复振幅值为即再次完成上述S3到S8；S3到S8的传播距离这时已经由d₁更新为d₂；当再一次的更新完成之后，在将传播距离再次更新为d₁，依次迭代；

S9整体迭代后，得到更新得到高分辨率的整副物体图像的吸收和相位分布。