基于正交基的光場相位檢索方法研究.pdf

1、一般，基于光電效應(yīng)的光傳感器只能記錄光場的強度信息，無法直接獲得其中的相位分布。如何通過測量的光強來推算出光場的相位分布，從而重構(gòu)光場的復振幅分布，這就是所謂的相位檢索，它一直是現(xiàn)代光學研究的重要領(lǐng)域。相位檢索問題在全息顯示、電子顯微鏡學、X射線衍射成像、自適應(yīng)光學、天文觀測、高精度測量等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。
　　 目前，非干涉測量的相位檢索方法包括迭代法、強度傳播方程法、相空間法、基于二次約束的最優(yōu)化檢索法等。其中，迭代法

2、實時性差，計算時間較長，誤差收斂速度常常依賴于初值選取;相空間法需要多個截面的光強測量，實驗繁瑣，冗余量較大，效率較低;基于二次約束的最優(yōu)化檢索法是利用矩陣完備理論實現(xiàn)相位檢索，理論新穎，目前還處于理論研究階段;強度傳播方程法應(yīng)用數(shù)值計算方法來求解強度傳播方程(TransportofIntensityEquation,TIE)并得到相應(yīng)的相位分布，是一種獲取相位信息的有效途徑。
　　 本文主要圍繞利用強度傳播方程從強度圖像中檢索

3、相位信息的方法進行研究，重點探討基于正交基求解TIE的相位檢索方法。主要研究工作如下:
　　 (1)分析相干和非相干情形對相位檢索的影響，解釋了在實際中用部分相干物理處理的合理性。進一步，從能量流的角度解釋相位的概念，把它看成一個決定能量流動的勢能，此概念對相位可視化和測量技術(shù)有重要意義。
　　 (2)研究基于TIE的相位檢索方法，總結(jié)了各種關(guān)于TIE的求解算法，如傅里葉變換法、格林函數(shù)法、多重網(wǎng)格法。實驗從算法的速度、

4、精確度、穩(wěn)定性進行了對比分析。
　　 (3)提出利用一種正交基求解TIE的相位檢索方法。利用Zernike多項式在圓形區(qū)域和傅里葉諧波函數(shù)在矩形區(qū)域正交完備性質(zhì)，作為一種正交基來擴展相位，達到求解相位的目的。實驗驗證，該方法具有較好的精確性和穩(wěn)定性。
　　 (4)探討TIE方法的精確度和穩(wěn)定性。分析TIE方法近似處理產(chǎn)生誤差，討論在噪聲存在的情況下，如何通過合理地選擇散焦傳播距離來達到有效地抑制噪聲和保留波陣面良好細節(jié)的