非干涉、非迭代式复振幅读取光学系统的制作方法

1.本实用新型涉及光学设备技术领域，尤其涉及非干涉、非迭代式复振幅读取光学系统。


背景技术：

2.相位和振幅是光的两个基本特性。在信息存储、生物医学、计算成像等领域，往往需要同时获得光的振幅和相位信息。
3.目前的探测器只能探测得到光的强度信息，相位信息的获取需要通过干涉法或者非干涉式迭代方法进行间接计算获得。
4.干涉法需要引入一束参考光将相位信息转换为干涉图，然后进行计算获得相位，导致该方法光学系统比较复杂，相位读取结果不稳定，精度比较低。
5.非干涉式方法虽然不需要引入参考光，系统相对简单，但是往往需要多次迭代或者多次拍摄操作才能获得相对准确的相位信息。因此非干涉迭代方法的缺点是计算速度比较慢。
6.而在某些特殊的领域，例如信息存储与读取、计算成像的图像实时处理等，均对信息读取的速度和精度具有要求，需要在简单光学系统下，准确快速的读取振幅与相位信息。为此，需要一种非干涉、非迭代式复振幅读取光学系统，主要用于将光束在空气中传播预设距离，生成衍射图像，可以结合例如计算机的电子设备使用，基于单幅衍射图实现从强度图像中检出复振幅信息；使得该光学系统结构简化且合理，利于提高振幅和相位读取速度。


技术实现要素：

7.本实用新型提出非干涉、非迭代式复振幅读取光学系统，能够克服现有技术中获取光的相位信息用的干涉法和非干涉式方法所存在的光学系统比较复杂，在应用中会导致后续相位读取结果不稳定，精度比较低，计算速度比较慢等缺陷；其能够简化系统，提高精度，适用于相位读取，可应用于全息存储、生物医学图像处理、显微成像等领域。
8.本实用新型提供非干涉、非迭代式复振幅读取光学系统，该光学系统包括沿入射光束传播方向依次设置的激光器、光束平行组件、第一1/2波片、光阑、第一成像组件、第一偏振器和透射-反射式的第一分束器；第一分束器的透射光束传播方向上设置有振幅空间光调制器，第一分束器的反射光束传播方向上依次设置第二偏振器、第二成像组件、第二1/2波片和透射-反射式的第二分束器；第二分束器的透射光束传播方向上设置有相位空间光调制器，第二分束器的反射光束传播方向上依次设置第三成像组件和光电探测器。
9.优选的，所述光束平行组件包括沿所述入射光束传播方向依次设置的针孔滤波器和准直透镜。
10.本实用新型的非干涉、非迭代式复振幅读取光学系统，至少能够达到以下有益效果：
11.本实用新型的非干涉、非迭代式复振幅读取光学系统，为非干涉读取系统，仅需要
将光束在空气中传播预设距离，读取时无需设置参考光、附加透镜和其他光学系统；该装置结构合理紧凑，利于提高振幅和相位读取速度，促进读取结果精确、稳定、可靠。
附图说明
12.此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
13.图1为本实用新型一实施例的非干涉、非迭代式复振幅读取光学系统中光学系统结构示意图，
14.图2为本实用新型一实施例的非干涉、非迭代式复振幅读取方法中复振幅读取原理图。
15.图中，1为激光器，2为针孔滤波器，3为准直透镜，4为第一1/2波片，5为光阑，6为第一中继透镜，7为第二中继透镜，8为第一偏振器，9为第一分束器，10为振幅空间光调制器，11为第二偏振器，12为第三中继透镜，13为第四中继透镜，14为第二1/2波片，15为第二分束器，16为相位空间调制器，17为第五中继透镜，18为第六中继透镜，19为光电探测器。
具体实施方式
16.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
17.以下结合附图，详细说明本实用新型各实施例提供的技术方案。
18.实施例1
19.请参照图1，本实施例提供非干涉、非迭代式复振幅读取光学系统，包括沿入射光束传播方向依次设置的激光器1、光束平行组件、第一1/2波片4、光阑5、第一成像组件、第一偏振器8和透射-反射式的第一分束器9；第一分束器9的透射光束传播方向上设置有振幅空间光调制器10，第一分束器9的反射光束传播方向上依次设置第二偏振器11、第二成像组件、第二1/2波片14和透射-反射式的第二分束器15；第二分束器15的透射光束传播方向上设置有相位空间光调制器16，第二分束器15的反射光束传播方向上依次设置第三成像组件和光电探测器19。
20.上述非干涉、非迭代式复振幅读取光学系统，可以结合例如计算机的电子设备使用。利用计算机生成复振幅的振幅与相位图像，通过光学系统拍摄获得用于对应的实验衍射强度图像。所以在实际应用中，在例如通过计算机完成神经网络模型训练和验证后的神经网络模型应用阶段，仍然是利用光学系统拍摄衍射强度图，然后输入神经网络模型进行复振幅重建；即，既需要利用计算机，也需要利用光学系统。
21.可以具体的，光束平行组件包括沿入射光束传播方向依次设置的针孔滤波器2和准直透镜3。光阑5的作用是控制光束直径的大小。第一成像组件包括沿光束传播方向依次设置的第一中继透镜6和第二中继透镜7。第一中继透镜6和第二中继透镜7组成4f系统。第
一偏振器8为水平偏振片。第一分束器9为偏振分束器和非偏振立体分束器。第二偏振器11为垂直偏振片。第二成像组件包括沿光束传播方向依次设置的第三中继透镜12和第四中继透镜13。第三中继透镜12和第四中继透镜13组成4f系统。第二分束器15为非偏振立体分束器。第三成像组件包括沿光束传播方向依次设置的第五中继透镜17和第六中继透镜18。第五中继透镜17和第六中继透镜18组成4f系统。
22.结合参照图2，上述非干涉、非迭代式复振幅读取光学系统，具体工作过程可以是：
23.激光器1发出激光，例如发出波长为532nm的绿色激光。该激光经过针孔滤波器2和准直透镜3后，转换为光束质量良好的平行光。该平行光经过第一1/2波片4和光阑5后，该平行光的光束横截面由圆形转换为光阑5的光阑孔形状。第一中继透镜6和第二中继透镜7组成4f系统，作用是将光阑5成像到空间光调制器10所在的平面上。上述激光光束通过第一偏振器8和第一分束器9，入射到空间光调制器10上后，其反射光再次经过第一分束器9，并反射到与原光路垂直的方向。空间光调制器10可以是振幅型空间光调制器，液可以是偏振方向相互垂直的第一偏振器8和第二偏振器11组合相位型空间光调制器，以实现激光光束的振幅调制。即，空间光调制器10的作用是通过上载特定的振幅a图像，激光光束入射空间光调制器10上后，经过反射并通过第二偏振器11之后，则能够带上准确的振幅信息。再使得带有振幅信息的激光光束，继续通过第三中继透镜12和第四中继透镜13，第三中继透镜12和第四中继透镜13同样组成一个4f系统，作用是将振幅空间光调制器10成像到第二空间光调制器16所在平面上。激光光束经过第三中继透镜12和第四中继透镜13组成的4f系统后，继续经过第二1/2波片14和第二分束器15，并入射到第二分束器15上。第二1/2波片14的作用是调整激光光束偏振状态，从而满足相位型空间光调制器16的偏振状态要求。相位空间光调制器16的作用是上载特定的相位图像p实现激光光束的相位调制。从相位型空间光调制器16反射的带有振幅和相位信息的激光光束，经过第二分束器15后反射到与原光路垂直方向，再入射经过第六中继透镜17和第六中继透镜18进入光电探测器19。第六中继透镜17和第六中继透镜18组成一个4f系统，作用是将第二分束器15所在的平面精确的成像到第六中继透镜18的后焦面上。沿激光光束传播方向，光电探测器19位于第六中继透镜18后焦面后方的平面上，因此，位于第六中继透镜18后焦面的光束，具有精确的振幅和相位信息，激光光束再继续传播预设距离后的衍射光进入光电探测器19，被光电探测器19接收，获得具有光强变化的衍射图案，即衍射强度图像i。
24.本实用新型实施例的非干涉、非迭代式复振幅读取光学系统，在实际应用中，可以结合计算机，通过如下步骤实现非干涉、非迭代式复振幅读取：
25.搭建非干涉无透镜复振幅衍射重建用光学系统、利用例如计算机的电子设备生成振幅与相位图像、将振幅与相位上载到光学系统获取衍射强度图像建立神经网络数据集、搭建神经网络模型结构并设定对应参数、利用数据集对神经网络模型训练及验证其泛化性、将任意衍射图像输入神经网络模型直接输出振幅和相位图像。
26.在上述非干涉、非迭代式复振幅读取过程中，通过采用实用新型实施例的非干涉、非迭代式复振幅读取光学系统，能够进一步提高振幅和相位读取速度和精确性，及简化装置。
27.以上仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型。对于本领域技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所作的
任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。