基于高速相位调制的菲涅耳场相位恢复

张成; 张莉茹; 朱进兵; 江劲波; 韦穗

doi:10.15961/j.jsuese.202100363

工程科学与技术 ›› 2022, Vol. 54 ›› Issue (04) : 235 -243. DOI: 10.15961/j.jsuese.202100363

基于高速相位调制的菲涅耳场相位恢复

张成, 张莉茹, 朱进兵, 江劲波, 韦穗

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摘要

多强度相位恢复方法通过改变光学成像系统中的物理参数获得不同的编码衍射图案，无需额外的先验知识即可实现相位的最佳收敛和高精度重建，然而现有多强度相位恢复方法在获取不同测量值的过程中，往往需要不断改变成像系统的物理结构，需要精确移动或调整部分光学元件的空间位置，反复地对齐与校准显著增加了工作量，从而导致成像结构较为复杂。针对上述问题，本文提出基于高速相位调制的菲涅耳场编码衍射图案实时获取方法，该方法主要使用电可调透镜（ETL）或纯相位型硅基液晶（PLCoS）两种纯相位空间光调制器来进行相位的快速动态调制，通过自由空间传播到记录平面，由探测器获取强度信息，无需使用透镜装置或者改变成像系统的物理结构，最后使用WF算法从获取的多幅编码衍射图案中同时重建光场的振幅和相位。通过对远场（FF）和菲涅耳场（FrF）在不同迭代次数、不同掩膜数量、不同噪声水平以及不同算法下分别进行对比实验，验证了本文方法的有效性和鲁棒性。相比于传统多强度相位恢复方法，本文所提出的成像系统更为紧凑和简单，避免了反复对齐与校准的工作量，具有重要的应用潜力，尤其是电可调透镜（ETL）调制系统，可适用于高分辨率场景的高速记录。