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超强激光科学卓越创新简报
(第二百九十七期)
2022年8月11日
上海光机所在单次曝光相位成像信噪比提升方面取得新进展
　　中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室提出了基于分束编码平均相干衍射成像新方案，可以实现高信噪比的单次曝光相位成像，相关研究成果以“Single-shot phase reconstruction based on beam splitting encoding and averaging”为题发表于Optics Express。
　　单次曝光相位成像在仅记录一次衍射光斑的前提下，实现待测物体或者光束的相位测量，这对于在超快测量，高功率脉冲测量和超短脉冲单次测量等方面具有重要应用价值。一般单次曝光相位成像面临信噪比低导致的分辨率低的问题，基于相干衍射成像的单次曝光相位成像理论上空间分辨率可以达到衍射极限，但是传统的相干衍射算法由于冗余性低，影响了其收敛性能。
　　针对上述问题，研究人员提出了一种分束编码平均相位成像技术（BSEA），在相干调制光路中引入分束光栅将待测光束分为不同角度的子光束，子光束之间加入了平均算法，并且每个子光束通过不同的编码调制，因此等效为待测光束经过多次不同编码调制，这有效提升了收敛性能和重建信噪比。另外由于经过多次不同的编码调制，其对于编码板的调制能力要求下降，可以使用稀疏编码板实现高信噪比复振幅重建。
　　实验中对生物样品、振幅型分辨率板和相位台阶板进行了复振幅测量，其空间分辨率为6.2μm，达到了系统分辨极限，相位测量误差优于4.4%。该方法得益于高收敛性能，可以重建复杂待测波前，在超快现象相位测量，超短脉冲相位测量以及其他单次曝光相位重建领域具有重要的应用前景。
　　相关工作得到了国家自然科学基金、中科院先导A项目、中国科学院科研仪器设备研制项目的支持。
图1 基于BSEA与直接成像的生物样品相位测量对比图。
图2 基于BSEA与传统方法的振幅分辨率板重建结果对比图。
图3 基于BSEA与传统方法的相位台阶板重建结果对比图。
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