搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

多波长同时照明的菲涅耳域非相干叠层衍射成像

潘安 王东 史祎诗 姚保利 马臻 韩洋

引用本文:
Citation:

多波长同时照明的菲涅耳域非相干叠层衍射成像

潘安, 王东, 史祎诗, 姚保利, 马臻, 韩洋

Incoherent ptychography in Fresnel domain with simultaneous multi-wavelength illumination

Pan An, Wang Dong, Shi Yi-Shi, Yao Bao-Li, Ma Zhen, Han Yang
PDF
导出引用
  • 传统的叠层衍射成像往往采用单波长照明, 即使使用多波长来提升恢复质量也是采用依次照明的方式, 同时对相干性要求很高. 非相干光照明一直被认为不利于衍射成像. 本文提出了一种多波长同时照明的非相干叠层衍射成像方案及相应的多路复用叠层衍射成像算法, 并通过仿真和实验验证了该方案的可行性. 相比于传统的相干叠层衍射成像方案, 该方案不仅能够很好地恢复物像, 同时也能够恢复不同波长下分别对应的物体的光谱响应、复振幅探针和光谱比例, 从而获得更多的物体信息, 具有多通道和多光谱的优势. 同时, 通过彩色图像编码的方式, 能够实现物体的真彩色复原和图像质量的增强. 此外, 还证明了该算法具有很强的鲁棒性, 研究了最多可分辨波长的数量. 该研究结果为叠层衍射成像技术的信息多路复用及多光谱成像在更多领域的应用展现了可能性.
    Single wavelength illumination is used in the traditional ptychography. Even though using multi-wavelength to improve image quality, it takes the scheme of illuminating in turn due to the requirement of coherence. So far, the addition of incoherent modes has been regarded as a nuisance in diffractive imaging. Here we propose a scheme of incoherent ptychography and an algorithm of information multiplexing that uses the multi-wavelength illumination simultaneously, which are demonstrated in experiment and simulation. Compared with the scheme of traditional ptychography, it can recover not only the object well, but also the spectral response of the object, probes of complex value and spectral weight of each wavelength respectively. This method obtains much information about the object and owns the multichannel and multispectral merits. Meanwhile, by means of color image coding, this method can retrieve true color images and enhance the image quality. The proposed algorithm has strong robustness. Besides, we also investigate how many modes can be recovered by this method. The work may open up possibilities for information multiplexing in ptychography and multispectral microscopy imaging over various applications.
      通信作者: 姚保利, yaobl@opt.ac.cn
      Corresponding author: Yao Bao-Li, yaobl@opt.ac.cn
    [1]

    Rodenburg J M 2008 Adv. Imag. Electron Phys. 150 87

    [2]

    Maiden A M, Rodenburg J M 2009 Ultramicroscopy 109 1256

    [3]

    Fu J, Li P 2013 Chin. Phys. B 22 014204

    [4]

    Maiden A M, Humphry M J, Rodenburg J M 2012 J. Opt. Soc. Am. A 29 1606

    [5]

    Pan X C, Veetil S P, Liu C, Lin Q, Zhu J Q 2013 Chin. Opt. Lett. 11 021103

    [6]

    Maiden A M, Humphry M J, Zhang F C, Rodenburg J M 2011 J. Opt. Soc. Am. A 28 604

    [7]

    Pan A, Zhang X F, Wang B, Zhao Q, Shi Y S 2016 Acta Phys. Sin. 65 014204 (in Chinese) [潘安, 张晓菲, 王彬, 赵青, 史祎诗 2016 物理学报 65 014204]

    [8]

    Shi Y, Li T, Wang Y, Gao Q, Zhang S, Li H 2013 Opt. Lett. 38 1425

    [9]

    Claus D, Robinson D J, Chetwynd D G, Shuo Y, Pike W T, Jos J D J, Rodenburg J M 2013 J. Opt. 15 035702

    [10]

    Marrison J, Rty L, Marriott P, O'Toole P 2013 Sci. Rep. 3 2369

    [11]

    Claus D, Maiden A M, Zhang F C, Sweeney F G R, Humphry M J, Schluesener H, Rodenburg J M 2012 Opt. Express 20 9911

    [12]

    Thibault O, Dierolf M, Menzel A, Bunk O, David C, Pfeiffer F 2008 Science 321 379

    [13]

    Pan X C, Lin Q, Liu C, Zhu J Q 2012 Sci. Sin. Phys. Mech. Astron. 42 889 (in Chinese) [潘兴臣, 林强, 刘诚, 朱健强 2012 中国科学: 物理学 力学 天文学 42 889]

    [14]

    Dong S Y, Shiradkar R, Nanda P, Zheng G A 2014 Biomed. Opt. Express 5 1757

    [15]

    Wolf E 1982 J. Opt. Soc. Am. 72 343

    [16]

    Whitehead L W, Williams G J, Quiney H M, Vine D J, Dilanian R A, Flewett S, Nugent K A, Peele A G, Balaur E, McNulty I 2009 Phys. Rev. Lett. 103 243902

    [17]

    Abbey B, Whitehead L W, Quiney H M, Vine D J, Cadenazzi G A, Henderson C A, Nugent K A, Balaur E, Putkunz C T, Peele A G, Williams G J, McNulty I 2011 Nat. Photonics 5 420

    [18]

    Thibault P, Menzel A 2013 Nature 494 68

    [19]

    Colomb T, Dahlgren P, Beghuin D, Cuche E, Marquet P, Depeursinge C 2002 Appl. Opt. 41 27

    [20]

    Khn J, Colomb T, Montfort F, Charrire F, Emery Y, Cuche E, Marquet P, Depeursinge C 2007 Opt. Express 15 7231

    [21]

    Wang D, Ma Y J, Liu Q, Shi Y S 2015 Acta Phys. Sin. 64 084203 (in Chinese) [王东, 马迎军, 刘泉, 史祎诗 2015 物理学报 64 084203]

  • [1]

    Rodenburg J M 2008 Adv. Imag. Electron Phys. 150 87

    [2]

    Maiden A M, Rodenburg J M 2009 Ultramicroscopy 109 1256

    [3]

    Fu J, Li P 2013 Chin. Phys. B 22 014204

    [4]

    Maiden A M, Humphry M J, Rodenburg J M 2012 J. Opt. Soc. Am. A 29 1606

    [5]

    Pan X C, Veetil S P, Liu C, Lin Q, Zhu J Q 2013 Chin. Opt. Lett. 11 021103

    [6]

    Maiden A M, Humphry M J, Zhang F C, Rodenburg J M 2011 J. Opt. Soc. Am. A 28 604

    [7]

    Pan A, Zhang X F, Wang B, Zhao Q, Shi Y S 2016 Acta Phys. Sin. 65 014204 (in Chinese) [潘安, 张晓菲, 王彬, 赵青, 史祎诗 2016 物理学报 65 014204]

    [8]

    Shi Y, Li T, Wang Y, Gao Q, Zhang S, Li H 2013 Opt. Lett. 38 1425

    [9]

    Claus D, Robinson D J, Chetwynd D G, Shuo Y, Pike W T, Jos J D J, Rodenburg J M 2013 J. Opt. 15 035702

    [10]

    Marrison J, Rty L, Marriott P, O'Toole P 2013 Sci. Rep. 3 2369

    [11]

    Claus D, Maiden A M, Zhang F C, Sweeney F G R, Humphry M J, Schluesener H, Rodenburg J M 2012 Opt. Express 20 9911

    [12]

    Thibault O, Dierolf M, Menzel A, Bunk O, David C, Pfeiffer F 2008 Science 321 379

    [13]

    Pan X C, Lin Q, Liu C, Zhu J Q 2012 Sci. Sin. Phys. Mech. Astron. 42 889 (in Chinese) [潘兴臣, 林强, 刘诚, 朱健强 2012 中国科学: 物理学 力学 天文学 42 889]

    [14]

    Dong S Y, Shiradkar R, Nanda P, Zheng G A 2014 Biomed. Opt. Express 5 1757

    [15]

    Wolf E 1982 J. Opt. Soc. Am. 72 343

    [16]

    Whitehead L W, Williams G J, Quiney H M, Vine D J, Dilanian R A, Flewett S, Nugent K A, Peele A G, Balaur E, McNulty I 2009 Phys. Rev. Lett. 103 243902

    [17]

    Abbey B, Whitehead L W, Quiney H M, Vine D J, Cadenazzi G A, Henderson C A, Nugent K A, Balaur E, Putkunz C T, Peele A G, Williams G J, McNulty I 2011 Nat. Photonics 5 420

    [18]

    Thibault P, Menzel A 2013 Nature 494 68

    [19]

    Colomb T, Dahlgren P, Beghuin D, Cuche E, Marquet P, Depeursinge C 2002 Appl. Opt. 41 27

    [20]

    Khn J, Colomb T, Montfort F, Charrire F, Emery Y, Cuche E, Marquet P, Depeursinge C 2007 Opt. Express 15 7231

    [21]

    Wang D, Ma Y J, Liu Q, Shi Y S 2015 Acta Phys. Sin. 64 084203 (in Chinese) [王东, 马迎军, 刘泉, 史祎诗 2015 物理学报 64 084203]

  • [1] 潘新宇, 毕筱雪, 董政, 耿直, 徐晗, 张一, 董宇辉, 张承龙. 叠层相干衍射成像算法发展综述. 物理学报, 2023, 72(5): 054202. doi: 10.7498/aps.72.20221889
    [2] 张海鹏, 赵昌哲, 鞠晓璐, 汤杰, 肖体乔. 基于迭代重构算法改进晶体衍射分光X射线鬼成像的图像质量研究. 物理学报, 2022, 71(7): 074201. doi: 10.7498/aps.71.20211978
    [3] 孟凡昊, 秦敏, 方武, 段俊, 唐科, 张鹤露, 邵豆, 廖知堂, 谢品华. 基于迭代算法的大气HONO和NO2开放光路宽带腔增强吸收光谱测量. 物理学报, 2022, 71(12): 120701. doi: 10.7498/aps.71.20220150
    [4] 许文慧, 宁守琮, 张福才. 部分相干衍射成像综述. 物理学报, 2021, 70(21): 214201. doi: 10.7498/aps.70.20211020
    [5] 戚俊成, 陈荣昌, 刘宾, 陈平, 杜国浩, 肖体乔. 基于迭代重建算法的X射线光栅相位CT成像. 物理学报, 2017, 66(5): 054202. doi: 10.7498/aps.66.054202
    [6] 王磊, 窦健泰, 马骏, 袁操今, 高志山, 魏聪, 张天宇. 基于叠层衍射成像的二元光学元件检测研究. 物理学报, 2017, 66(9): 094201. doi: 10.7498/aps.66.094201
    [7] 肖俊, 李登宇, 王雅丽, 史祎诗. 并行化叠层成像算法研究. 物理学报, 2016, 65(15): 154203. doi: 10.7498/aps.65.154203
    [8] 潘安, 张晓菲, 王彬, 赵青, 史祎诗. 厚样品三维叠层衍射成像的实验研究. 物理学报, 2016, 65(1): 014204. doi: 10.7498/aps.65.014204
    [9] 林悠优, 李江涛, 朱海永, 廖小青, 段延敏, 章健, 唐定远. Nd:YAG陶瓷与单晶4F3/2–4I13/2跃迁的弱谱线多波长激光性能对比. 物理学报, 2015, 64(20): 204204. doi: 10.7498/aps.64.204204
    [10] 王东, 马迎军, 刘泉, 史祎诗. 可见光域多波长叠层衍射成像的实验研究. 物理学报, 2015, 64(8): 084203. doi: 10.7498/aps.64.084203
    [11] 王治昊, 王雅丽, 李拓, 史祎诗. 基于旋转相位编码与照明光束匹配的叠层衍射成像算法研究. 物理学报, 2014, 63(16): 164204. doi: 10.7498/aps.63.164204
    [12] 薛明晰, 陈志斌, 王伟明, 欧阳慧泉, 刘先红, 宋岩, 张超, 肖文健, 侯章亚. 多波长红外激光二极管峰值光谱热漂移研究. 物理学报, 2014, 63(15): 154206. doi: 10.7498/aps.63.154206
    [13] 刘宏展, 纪越峰. 一种基于角谱理论的改进型相位恢复迭代算法. 物理学报, 2013, 62(11): 114203. doi: 10.7498/aps.62.114203
    [14] 刘诚, 潘兴臣, 朱健强. 基于光栅分光法的相干衍射成像. 物理学报, 2013, 62(18): 184204. doi: 10.7498/aps.62.184204
    [15] 徐健, 陈小余, 李海涛. 多进制量子图态纠缠的确定 . 物理学报, 2012, 61(22): 220304. doi: 10.7498/aps.61.220304
    [16] 岳孝林, 王金东, 魏正军, 郭邦红, 刘颂豪. 一种新的单光源多波长双向量子密钥分发系统. 物理学报, 2012, 61(18): 184215. doi: 10.7498/aps.61.184215
    [17] 张婧, 潘炜, 闫连山, 罗斌. 基于光纤自相位调制多波长全光再生的色散管理优化. 物理学报, 2010, 59(10): 7002-7007. doi: 10.7498/aps.59.7002
    [18] 王小林, 周朴, 马阎星, 马浩统, 许晓军, 刘泽金, 赵伊君. 基于随机并行梯度下降算法的多波长激光相干合成. 物理学报, 2010, 59(8): 5474-5478. doi: 10.7498/aps.59.5474
    [19] 菅冀祁, 马 骋, 贾惠波. 光致变色双波长光存储读出信号串扰建模与消减. 物理学报, 2005, 54(8): 3604-3609. doi: 10.7498/aps.54.3604
    [20] 齐国生, 肖家曦, 刘嵘, 蒋培军, 佘鹏, 徐端颐. 光致变色二芳基乙烯多波长光存储研究. 物理学报, 2004, 53(4): 1076-1080. doi: 10.7498/aps.53.1076
计量
  • 文章访问数:  4531
  • PDF下载量:  406
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2016-01-08
  • 修回日期:  2016-02-26
  • 刊出日期:  2016-06-05

多波长同时照明的菲涅耳域非相干叠层衍射成像

  • 1. 中国科学院西安光学精密机械研究所, 瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 西安 710119;
  • 2. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 长春 130033;
  • 3. 中国科学院大学, 北京 100049;
  • 4. 中国科学院光电研究院, 北京 100094
  • 通信作者: 姚保利, yaobl@opt.ac.cn

摘要: 传统的叠层衍射成像往往采用单波长照明, 即使使用多波长来提升恢复质量也是采用依次照明的方式, 同时对相干性要求很高. 非相干光照明一直被认为不利于衍射成像. 本文提出了一种多波长同时照明的非相干叠层衍射成像方案及相应的多路复用叠层衍射成像算法, 并通过仿真和实验验证了该方案的可行性. 相比于传统的相干叠层衍射成像方案, 该方案不仅能够很好地恢复物像, 同时也能够恢复不同波长下分别对应的物体的光谱响应、复振幅探针和光谱比例, 从而获得更多的物体信息, 具有多通道和多光谱的优势. 同时, 通过彩色图像编码的方式, 能够实现物体的真彩色复原和图像质量的增强. 此外, 还证明了该算法具有很强的鲁棒性, 研究了最多可分辨波长的数量. 该研究结果为叠层衍射成像技术的信息多路复用及多光谱成像在更多领域的应用展现了可能性.

English Abstract

参考文献 (21)

目录

    /

    返回文章
    返回