结  论 33

致  谢 34

参 考 文 献 35

1  引言

光波作为电磁波的一种，其中包含的信息可以分为其强度信息和相位信息两方面。传统光学成像所记录的通常都是光波的强度信息，而衍射成像不仅可以记录与物体表面结构相关的强度信息，也能反映物体内部结构所带来的相位分布变化。交叠成像技术是一类新型的相干衍射成像技术，具有成像幅面大、分辨率高等诸多优点。对于交叠成像技术而言，如何完成衍射面上信息的精确采集是该技术实现中重要的一部分。论文网

1。1研究背景及意义

1。1。1  本实验的研究背景

交叠成像技术（Ptychography）的概念是在1968到1973年由Walter Hoppe教授提出的，是一种基于卷积理论的相位恢复算法[1] ，它可以通过改变照明光束和待测件的相对位置，来获取系列交叠区域的衍射图样，并依此恢复得到样品的复振幅分布。区别于其他的相位恢复算法，它具有分辨率高、收敛速度快、成像视场宽等优势。

此后，Faulkner和Rodenburg等结合相位恢复算法将交叠成像技术多次改进,更加拓展了交叠成像技术的思路及应用范围。2004年，英国谢菲尔德大学教授John Rodenburg进一步提出了PIE （Ptychographic Iterative Engine）方法，将低分辨率扫描成像和超高分辨率衍射成像结合，拓展了成像范围的同时，仍能保障较高的分辨率[2]。2009年，Maiden等提出了可以同时恢复照明光和待测样品分布的extended-PIE（ePIE)算法，即便在图像噪声高或是难以导出一个精确的探针模型的情况下，它依旧能够得出一个良好的重建结果，并进一步提高了成像分辨率[3]。

目前，这种成像方法已在X射线、可见光域、电子显微镜等不同的波段得到了实验证实。随着一系列理论的发展，交叠成像方法的优势更为突出，展现出了在大幅面成像和高分辨成像方面的巨大潜力。但是，衍射面上的光斑采集的精确性和准确度对交叠成像技术的相位恢复质量有很大的影响。

1。1。2  本实验的研究意义

在使用基于PIE算法的交叠成像技术进行衍射斑数据采集时，需要对物体相对照明光进行多次位移，并且每完成一次移动后，都要记录下相应的衍射斑。而M*N大矩阵扫描中，采集的衍射斑精确度很容易受到外界环境的影响。因此，在实验过程中若通过手动操作平移台来移动样品，并在每一次移动后单独使用CCD图像采集卡来记录数据的话，将会大大增加实验周期，同时为实验带来很多不可控的误差[4]。此外，数据采集过程中还需要严格控制成像扫描范围、扫描速度及各衍射斑重叠率等系列关键参量，以保障成像恢复质量[5,6,7]，而手动逐步操作难以确保在整个实验过程中各参量的一致性。为了避免以上问题，要求在实验系统中实现交叠成像技术多幅远场衍射图像的自动采集，以进一步简化实验操作，提高实验效率，并减小实验误差 。

1。2  国内外研究现状

1。3  本文的研究内容

第一章主要介绍了本文的研究背景及意义，简述了交叠成像技术的发展及其优势，以及在实验系统中实现交叠成像技术数据信息的自动采集的重要性。

第二章主要介绍交叠成像实验原理，包括交叠技术的具体内容与发展历程、PIE算法的方法及优势、本次试验中用到的具体光路以及试验方法，并给出了实验光路建模。

第三章主要讨论数据信息的自动采集的实现方法。简单介绍了本实验中用到的JDSU 1107P氦氖激光管、BP145B1薄膜分束器、MTS50-Z8电动位移台以及GigE单色CCD相机等关键器件的性能及参数，分析了数据信息采集系统的光路构成及各项参数要求。阐述了实现数据信息的自动采集的意义，给出实验中的数据信息采集装置安排，并详细分析了使用LabVIEW控制系统进行数据信息自动采集所要实现的具体效果。