专利名称：中子干涉仪中位相恢复方法
技术领域：
本发明涉及一种干涉仪，特别是一种中子干涉仪中位相恢复方法，它在生物医学、微电子、航空航天、精密计量、考古等学科中有着广泛的应用前景。
背景技术：
早在1936年，人们就发现了中子的波动特性，但只是在1945年之后，随着核反应堆技术的进步，中子衍射和干涉才得以应用。我们知道，中子或者任何其它具有波动性质的辐射源，只要其波长和原子之间的间距是一个数量级，都能用以研究固体中原子的空间排列，都能获得原子内部的结构信息。
根据波动理论，中子波长由下式给出λ＝h/mV式中，h为普朗克常数，m和V是中子的质量和速度，显然，中子的波长可以通过调节中子的速度而改变，而中子的衍射特性使人们很方便地用一块或多块晶体使其“单色”化，这一切都为中子干涉准备了条件。
对于大部分重金属，X射线穿透深度受到了限制，而中子却大有作为，从某种意义上说，中子和X射线是相互补充的。特别要提出的是，氢元素对中子有较大的吸收。因此，中子对一些含氢有机材料的检测，如润滑油、塑料、金属外壳内的密封圈等很灵敏，对某些复杂的、要求非常苛刻的、运用在汽车行业上和宇航工业的大型重金属元件，中子也非常有价值，特别在精密计量检测中，中子干涉仪尤其有效。
由于中子的波长仅为可见光的千分之一量级，因此中子干涉仪要求具有高度的完美晶体准直度和机械稳定性，其误差和振动幅度不超过10-2nm。人们在一整块完美的晶体上制作这种干涉仪，因为其整体性，可以获得极佳的实验效果，能够保证很高的准直度和稳定性。中子干涉仪由一整块完美晶体分割成三块平行放置，形成一个中子干涉仪。第一个晶体将经过单色仪之后的中子束分束，分成透射波和衍射波，在对称的实验装置安排中，在晶体准确的布拉格位置上，两束波的强度完全相等；中间晶体的作用类似于一个镜子，将两束光合束；第三个晶体则作为分析晶体。样品放置在其中一束光的光路中，位于合束晶体和分析晶体之间，并由此引入相位变化，使波前发生畸变。将经过样品的物光与参考光干涉而产生干涉条纹，条纹对于探测光束经过样品之后产生的相移非常敏感。
通常很难保证，两个中子束之间的夹角为零，因此所测得的位相分布叠加后在一组平行条纹之上，这给分析物体的相位分布带来了困难。
发明内容
本发明针对上述在先技术中存在的缺点，提出一种中子干涉仪中位相恢复的方法，从而去掉载波条纹，获得物体位相分布的等高图。
从物理光学中，我们已经知道，双光束干涉的干涉图形强度分布，可以用下式表示I(x，y)＝a(x，y)+b(x，y)cos(2πf0x+Φ(x，y))(1)式中，f0为载波频率，f0＝1/d，d为载波条纹的间距，干涉条纹间距由物光与参考光之间的夹角决定。所谓的载波条纹，就是在未放置待测样品时，由干涉仪直接得到的干涉条纹。我们假设载波条纹平行于y轴，Φ(x，y)是因为待测样品使入射中子束产生的位相偏移，a(x，y)是背景光强度，b(x，y)为图像的衬度。由上式可知，干涉图案是物体的位相分布叠加在载波条纹上形成的，对应于物体位相分布的等高图，即物体的位相分布使载波条纹发生偏折。
要得到样品的位相分布，需要先消除干涉图案上的载波条纹。下面我们采用傅立叶变换方法来实现这个目的。
我们将(1)式改写成下面的指数形式I(x，y)＝a(x，y)+c(x，y)exp(i2πf0x)+c*(x，y)exp(-i2πf0x)(2)其中，c(x,y)=12b(x,y)exp(iΦ(x,y))---(3)]]>对(2)式进行一维傅立叶变换得到IF(f，y)＝aF(f，y)+cF(f-f0，y)+c*F(f+f0，y) (4)从(4)式可知，干涉场在傅立叶频域中会出现三个相距较远的尖锐的波峰，他们彼此之间的距离为f0。左边和右边的波峰分别对应于(4)式的第三项和第二项，只有这两个波峰包含有待测物体的位相分布信息。我们可以单独取出右边的那个波峰，并对它作一维傅立叶逆变换得到c(x，y)，再根据(3)式就可以直接得到物体的位相分布。因此，为了从干涉图形中恢复物体的位相，按以下几个步骤进行1)拍摄一张不含有物体位相信息的中子干涉图形；2)再拍摄一张含有物体信息的中子干涉图形；3)将不含有物体位相信息的中子干涉图形的照片放置在一4f光学系统中，拍摄一张空间频谱照片，即载波条纹的空间频谱，进行原位显影、定影、吹干；4)在4f光学系统中，将不含有物体信息的中子干涉图形照片取走，放置一张含有物体信息的中子干涉图形，再进行光学信息处理，由于在4f系统中已放置一张含有载波条纹空间频谱的照片，因此载波条纹将不能通过此光学系统，获得的是一张物体位相信息的等高图。
本发明的技术效果由于在先技术中，位相信息叠加在载波条纹上，因此不能通过中子干涉照片，获得物体位相信息的等高图，采用本发明克服了这一缺陷。
具体实施例方式
为了从干涉图形中恢复物体的位相，按以下几个步骤进行1)拍摄一张不含有物体位相信息的中子干涉图形。
2)再拍摄一张含有物体信息的中子干涉图形。
3)将不含有物体位相信息的中干涉图形照片放置在4f光学系统中，拍摄一张空间频谱照片，即载波条纹的空间频谱，进行原位显影、定影、吹干。
4)在4f光学系统中，将不含有物体信息的中子干涉图形照片取走，放置一张含有物体信息的中子干涉图形，再进行光学信息处理，由于在4f系统中已放置一张含有载波条纹空间频谱的照片，因此载波条纹将不能通过此光学系统，获得的是一张物体位相信息的等高图。
权利要求
1.一种中子干涉仪中位相恢复方法，其特征在于包括以下步骤1)拍摄一张不含有物体位相信息的中子干涉图形；2)再拍摄一张含有物体信息的中子干涉图形；3)将不含有物体位相信息的中干涉图形照片放置在4f光学系统中，拍摄一张空间频谱照片，即载波条纹的空间频谱，进行原位显影、定影、吹干；4)在一4f光学系统中，将不含有物体信息的中子干涉图形照片取走，放置一张含有物体信息的中子干涉图形，再进行光学信息处理，由于在4f系统中已放置一张含有载波条纹空间频谱的照片，因此载波条纹将不能通过此光学系统，获得的将是一张物体位相信息的等高图。
全文摘要
一种中子干涉仪中位相恢复方法，包括以下几个步骤1)拍摄一张不含有物体位相信息的中子干涉图形；2)再拍摄一张含有物体信息的中子干涉图形；3)将不含有物体位相信息的中干涉图形照片放置在4f光学系统中，拍摄一张空间频谱照片，即载波条纹的空间频谱，进行原位显影、定影、吹干；4)在一4f光学系统中，将不含有物体信息的中子干涉图形照片取走，放置一张含有物体信息的中子干涉图形，再进行光学信息处理，由于在4f系统中已放置一张含有载波条纹空间频谱的照片，因此载波条纹将不能通过此光学系统，获得的将是一张物体位相信息的等高图。
文档编号G01N23/02GK1624462SQ200410093018
公开日2005年6月8日 申请日期2004年12月15日 优先权日2004年12月15日
发明者陈建文, 高鸿奕, 朱化凤, 干慧菁, 李儒新, 徐至展 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所