中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所高功率激光物理聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室提出了基于分束編碼平均相干衍射成像新方案，可以實(shí)現(xiàn)高信噪比的單次曝光相位成像，相關(guān)研究成果以“Single-shot phase reconstruction based on beam splitting encoding and averaging”為題發(fā)表于Optics Express。

單次曝光相位成像在僅記錄一次衍射光斑的前提下，實(shí)現(xiàn)待測(cè)物體或者光束的相位測(cè)量，這對(duì)于在超快測(cè)量，高功率脈沖測(cè)量和超短脈沖單次測(cè)量等方面具有重要應(yīng)用價(jià)值。一般單次曝光相位成像面臨信噪比低導(dǎo)致的分辨率低的問(wèn)題，基于相干衍射成像的單次曝光相位成像理論上空間分辨率可以達(dá)到衍射極限，但是傳統(tǒng)的相干衍射算法由于冗余性低，影響了其收斂性能。

針對(duì)上述問(wèn)題，研究人員提出了一種分束編碼平均相位成像技術(shù)（BSEA），在相干調(diào)制光路中引入分束光柵將待測(cè)光束分為不同角度的子光束，子光束之間加入了平均算法，并且每個(gè)子光束通過(guò)不同的編碼調(diào)制，因此等效為待測(cè)光束經(jīng)過(guò)多次不同編碼調(diào)制，這有效提升了收斂性能和重建信噪比。另外由于經(jīng)過(guò)多次不同的編碼調(diào)制，其對(duì)于編碼板的調(diào)制能力要求下降，可以使用稀疏編碼板實(shí)現(xiàn)高信噪比復(fù)振幅重建。

實(shí)驗(yàn)中對(duì)生物樣品、振幅型分辨率板和相位臺(tái)階板進(jìn)行了復(fù)振幅測(cè)量，其空間分辨率為6.2μm，達(dá)到了系統(tǒng)分辨極限，相位測(cè)量誤差優(yōu)于4.4%。該方法得益于高收斂性能，可以重建復(fù)雜待測(cè)波前，在超快現(xiàn)象相位測(cè)量，超短脈沖相位測(cè)量以及其他單次曝光相位重建領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。

圖1.基于BSEA與直接成像的生物樣品相位測(cè)量對(duì)比圖。

圖2.基于BSEA與傳統(tǒng)方法的振幅分辨率板重建結(jié)果對(duì)比圖。

圖3.基于BSEA與傳統(tǒng)方法的相位臺(tái)階板重建結(jié)果對(duì)比圖。

相關(guān)工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院先導(dǎo)A項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院科研儀器設(shè)備研制項(xiàng)目的支持。

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