国产精品1024永久观看,大尺度欧美暖暖视频在线观看,亚洲宅男精品一区在线观看,欧美日韩一区二区三区视频,2021中文字幕在线观看

  • <option id="fbvk0"></option>
    1. <rt id="fbvk0"><tr id="fbvk0"></tr></rt>
      <center id="fbvk0"><optgroup id="fbvk0"></optgroup></center>
      <center id="fbvk0"></center>

      <li id="fbvk0"><abbr id="fbvk0"><dl id="fbvk0"></dl></abbr></li>

      離散連續(xù)混合相位型位相板及其實(shí)現(xiàn)超分辨的方法

      文檔序號(hào):2774335閱讀:280來源:國(guó)知局
      專利名稱:離散連續(xù)混合相位型位相板及其實(shí)現(xiàn)超分辨的方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及位相板,屬于超分辨技術(shù),特別是一種離散連續(xù)混合相位型位相板及其實(shí)現(xiàn)超分辨的方法。
      背景技術(shù)
      所謂超分辨就是超越經(jīng)典分辨極限的方法和技術(shù),即用來突破愛里斑的限制。主要應(yīng)用于光學(xué)存儲(chǔ)、共焦掃描顯微系統(tǒng)等實(shí)際領(lǐng)域,以提高光存儲(chǔ)的容量和共焦顯微鏡的分辨能力。目前,用于實(shí)現(xiàn)超分辨效應(yīng)的位相板主要有三大類,它們是振幅型位相板、相位型位相板和振幅相位型位相板(即混合型位相板)。其中相位型位相板因其具有較高的衍射效率而備受青睞。對(duì)二元多環(huán)相位型位相板的研究已比較成熟,如衍射超分辨的研究(J.Opt.Soc.Am.14,1637(1997));賈佳等人已設(shè)計(jì)并實(shí)際制作出純相位位相板,在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了比愛里光斑小0.8倍的光斑(Opt.Commun.228,271(2003)),本發(fā)明專利將在下面簡(jiǎn)稱這篇論文為在先技術(shù)2;利用超分辨域的數(shù)學(xué)工具,周常河等人提出了圓環(huán)型達(dá)曼光柵(Opt.Lett.28,2174(2003));D.M.de Juana等人也對(duì)圓環(huán)型二元位相板進(jìn)行了研究(Opt.Commun.229,71(2004))。最近D.M.de Juana等人還提出了一種新型連續(xù)超分辨純位相板(Opt.Lett.28,607(2003)),本發(fā)明專利將在下面簡(jiǎn)稱這篇論文為在先技術(shù)1。
      根據(jù)基本的衍射理論,在單色平行光照明下,具有光瞳函數(shù)P(ρ)系統(tǒng)的焦點(diǎn)附近的振幅分布為U(v,u)=2&Integral;01P(&rho;)J0(v&rho;)exp(ju&rho;2/2)&rho;d&rho;---(1)]]>這里v,u分別代表軸向、徑向坐標(biāo),J0(vρ)為零階貝塞爾函數(shù),軸向、徑向坐標(biāo)分別表示為v=krsinα,u=4kzsin2(a2),]]>k=2&pi;&lambda;,]]>NA=sinα,NA為衍射透鏡的數(shù)值孔徑。
      假設(shè)位相光瞳函數(shù)為P(ρ)=exp[iφ(ρ)],其中ρ為位相板圓孔的徑向坐標(biāo),位相板相位分布函數(shù)取連續(xù)位相分布時(shí)假設(shè)表示為φ(ρ)=αsin(2πbρ) (2)設(shè)In=2&Integral;01P(&rho;)&rho;2n+1d&rho;---(3)]]>則橫向超分辨率和斯塔爾比分別表示為G(T)=2Re(I0I1*)-ufIm(I0*I2)S---(4)]]>S=|I0|2-ufIm(I0*I1)]]>這里uf=-2Im(I0*I1)Re(I2*I0)-|I1|2,]]>表示相對(duì)幾何焦點(diǎn)位置的偏移量,要求這個(gè)量較小時(shí)該表達(dá)式有效。
      另外還有一個(gè)衡量位相板的超分辨性能參數(shù),用G表示。它定義為衍射光場(chǎng)中光強(qiáng)的第一零點(diǎn)值與愛里模式下的第一零點(diǎn)值之比值。
      利用位相板是否可以獲得更好的超分辨性能?發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于突破或改善現(xiàn)有的超分辨性能,提出一種離散連續(xù)混合相位型位相板及其實(shí)現(xiàn)超分辨的方法,以獲得更好的超分辨性能。
      本發(fā)明的基本構(gòu)思是設(shè)定位相板的位相函數(shù)分布為φ(ρ)=θ(ρ)+θi(5)式中包含兩個(gè)部分一部分為連續(xù)位相分布,表示為θ(ρ)=αsin(2πbρ);
      另一部分的位相在不同區(qū)域中分別為常量,表示為 其中ρ1≤ρ2≤...ρN∈
      ,θ1、θ2、...θN∈
      。
      對(duì)方程(6),假設(shè)N=3,則方程(3)被改寫為In=2ei&theta;1&Integral;0&rho;1ei&theta;(&rho;)&rho;2n+1d&rho;+2ei&theta;2&Integral;&rho;1&rho;2ei&theta;(&rho;)&rho;2n+1d&rho;+2ei&theta;3&Integral;&rho;21ei&theta;(&rho;)&rho;2n+1d&rho;---(7)]]>下面更具體一些,設(shè)常量位相部分分為三個(gè)區(qū),且位相值為0或π,則 其中ρ1<ρ2∈
      ,方程(7)簡(jiǎn)化為In=-2&Integral;0&rho;1ei&theta;(&rho;)&rho;2n+1d&rho;+2&Integral;&rho;1&rho;2ei&theta;(&rho;)&rho;2n+1d&rho;-2&Integral;&rho;21ei&theta;(&rho;)&rho;2n+1d&rho;---(9)]]>將方程(9)的各個(gè)分量表達(dá)式帶入方程(4)后,得到一種離散連續(xù)混合相位型位相板的超分辨效應(yīng)。
      本發(fā)明提出的位相型超分辨位相板位相分布如圖4所示。以往常規(guī)的二元位相板的位相分布如圖2所示,呈正弦函數(shù)分布的位相板的位相分布如圖3所示,兩者共同組合的結(jié)果是本發(fā)明提出的離散連續(xù)混合相位型位相板位相分布,如圖4所示,圖4是以表2中的實(shí)施例5的位相,其參數(shù)組合為α=0.27386,b=0.5,ρ1=0.09,ρ2=0.36,θ1=π,θ2=π,θ3=π。本發(fā)明的核心是將所述的離散連續(xù)混合相位型位相板的相位連續(xù)變化的部分用連續(xù)變化的波面進(jìn)行等效替代,而相位中按分區(qū)變化的部分用臺(tái)階型位相板替代,以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明離散連續(xù)混合相位型位相板的超分辨。本發(fā)明離散連續(xù)混合相位型位相板實(shí)現(xiàn)超分辨的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示,由激光器2發(fā)出光波經(jīng)整形后的位相呈正弦分布,經(jīng)整形后的連續(xù)光波前經(jīng)過一臺(tái)階型位相板3后,由透鏡4聚焦,最后在透鏡4焦點(diǎn)處實(shí)現(xiàn)超分辨的光斑的強(qiáng)度分布。
      設(shè)θ(ρ)=αsin(2πbρ),位相離散變化為三個(gè)區(qū),利用方程(4)和(7)優(yōu)化得到本發(fā)明離散連續(xù)混合相位型位相板實(shí)現(xiàn)超分辨效應(yīng)的參數(shù)組合,如表1所示。
      從表1可以看出本發(fā)明實(shí)施例1和2與在先技術(shù)1相比在斯塔列爾比相同的情況下其橫向超分辨率都要大,且兩者歸一化強(qiáng)度的第一零點(diǎn)比G比在先技術(shù)1中位相板的要小;實(shí)施例3與在先技術(shù)2(參與比較的數(shù)據(jù)為該種位相板的最優(yōu)組合)相比在第一零點(diǎn)比相同的情況下其橫向超分辨率和斯塔列爾比都要大,因此該種位相板的超分辨性能比連續(xù)型位相板的要優(yōu)越多。
      表2表示本發(fā)明離散連續(xù)混合相位型位相板,位相離散變化為三個(gè)區(qū),且θ1=π,θ2=π,θ3=π時(shí),位相板實(shí)現(xiàn)超分辨效應(yīng)的參數(shù)組合。
      例如,實(shí)施例4與在先技術(shù)1的連續(xù)型位相板相比當(dāng)斯塔列爾比相等時(shí)橫向超分辨率大;而實(shí)施例5和6的橫向超分辨率和斯塔列爾比兩個(gè)參數(shù)的數(shù)值都比在先技術(shù)1中的要大,且這三種位相板的歸一化強(qiáng)度的第一零點(diǎn)比G都小于在先技術(shù)中相應(yīng)位相板的。所以本發(fā)明的三種離散連續(xù)混合相位型位相板的超分辨性能都優(yōu)越于連續(xù)型位相板。
      本發(fā)明技術(shù)解決方案如下一種離散連續(xù)混合相位型位相板,其特征在于該位相板的位相函數(shù)包含兩個(gè)部分φ(ρ)=θ(ρ)+θ1式中一部分為連續(xù)分布位相板,即θ(ρ)=αsin(2πbρ),ρ為位相板圓孔的徑向坐標(biāo);另一部分為臺(tái)階型位相板,在不同區(qū)域中為常量位相,即
      其中ρ1≤ρ2≤...ρN∈
      ,θ1、θ2、...θN∈

      所述的臺(tái)階型位相板的位相分為三個(gè)常量區(qū),且位相值為0或π,即 其中ρ1≤ρ2∈
      。
      利用所述離散連續(xù)混合相位型位相板實(shí)現(xiàn)超分辨的方法,其特征在于該方法包括下列步驟①利用二元光學(xué)制造技術(shù)制作出臺(tái)階型位相板,使其參數(shù)分布為 ②其次將激光器1發(fā)出光波經(jīng)具有位相呈正弦分布連續(xù)型的位相板進(jìn)行整形;③經(jīng)整形后的連續(xù)光波前經(jīng)過三區(qū)位相板后,由透鏡聚焦,透鏡與三區(qū)位相板的距離為透鏡的焦距;④最后在透鏡的焦點(diǎn)處形成具有超分辨的光斑強(qiáng)度分布。
      所述的連續(xù)型位相板的位相表達(dá)式為θ(ρ)=0.27386sin(πρ)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明離散連續(xù)混合相位型位相板實(shí)現(xiàn)超分辨的方法。所述的離散連續(xù)混合相位型位相板是連續(xù)型位相板與臺(tái)階型位相板的合成,因此既不同于連續(xù)型位相板也不同于以往傳統(tǒng)的臺(tái)階型位相板。這種類型的位相板可以得到比純連續(xù)型位相板更好的超分辨效應(yīng),即當(dāng)斯塔列爾比相同時(shí),其橫向超分辨率大于連續(xù)位相型的;或橫向超分辨率相同時(shí),斯塔列爾比大于連續(xù)位相型的。
      2、更重要的是臺(tái)階型位相板在連續(xù)光波前照明下具有超分辨效應(yīng),這是以前任何一種超分辨方法無法實(shí)現(xiàn)的。對(duì)離散連續(xù)混合型的位相板的制作相當(dāng)困難,目前還難以實(shí)現(xiàn),臺(tái)階型位相板目前可以利用二元光學(xué)進(jìn)行制作。而本發(fā)明則是通過臺(tái)階型位相板在連續(xù)光波前照明下實(shí)現(xiàn)離散連續(xù)混合相位型位相板的超分辨問題;3、將本發(fā)明用在光存儲(chǔ)系統(tǒng)中有望提高存儲(chǔ)容量,用在共焦顯微系統(tǒng)中有可能提高空間分辨本領(lǐng),本發(fā)明具有非常重要的理論意義和實(shí)用意義。


      圖1本發(fā)明實(shí)現(xiàn)超分辨的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
      圖2本發(fā)明中離散的三區(qū)二元位相板相位分布圖3本發(fā)明中連續(xù)正弦函數(shù)型的相位分布圖4本發(fā)明離散連續(xù)混合相位型位相板的相位分布,它是圖2和圖3共同組合的結(jié)果圖5本發(fā)明離散連續(xù)混合相位型位相板與連續(xù)型位相板(在先技術(shù)1)的橫向歸一化光強(qiáng)分布比較中1-光源,2-位相呈正弦變化的位相板,3-臺(tái)階型位相板,4-聚焦透鏡,5-透鏡焦點(diǎn)處的接收屏。
      表1本發(fā)明的位相板實(shí)現(xiàn)超分辨效應(yīng)的參數(shù)組合表2本發(fā)明的位相板位相呈分區(qū)變化部分為三區(qū),且θ1=π,θ2=π,θ3=π時(shí),實(shí)現(xiàn)超分辨效應(yīng)的參數(shù)組合。
      具體實(shí)施例方式
      本發(fā)明利用離散連續(xù)混合相位型位相板實(shí)現(xiàn)超分辨的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。以表2中的實(shí)施例5為例,說明本發(fā)明實(shí)現(xiàn)超分辨的方法,該方法包括四個(gè)步驟首先利用二元光學(xué)制造技術(shù)制作出臺(tái)階型位相板,使其參數(shù)分布為 其次將激光器1發(fā)出光波進(jìn)行整形,整形可以通過位相呈正弦分布的,表示為θ(ρ)=0.27386sin(πρ)的位相板2來實(shí)現(xiàn),位相分布如圖3所示;第三,經(jīng)整形后的連續(xù)光波前經(jīng)過三區(qū)位相板3后,由透鏡4聚焦,透鏡4與位相板3的距離為透鏡的焦距;最后在透鏡4的焦點(diǎn)處可測(cè)得具有超分辨的光斑強(qiáng)度分布。
      所得光斑的歸一化強(qiáng)度分布如圖5實(shí)線所示,點(diǎn)線表示在先技術(shù)1中的結(jié)果,點(diǎn)劃線表示愛里斑的結(jié)果。從圖5中可以看出,連續(xù)位相板(在先技術(shù)1)的斯塔列爾比為S=0.47,第一零點(diǎn)比G=0.811;而本發(fā)明離散連續(xù)混合相位型位相板斯塔列爾比為S=0.59,第一零點(diǎn)比G=0.799。兩者比較可以得到,離散連續(xù)混合相位型位相板的斯塔列爾比大于連續(xù)型位相板的,同時(shí)第一零點(diǎn)比又小于連續(xù)型位相板的。因此,該離散連續(xù)混合相位型位相板具有優(yōu)越于連續(xù)型位相板的超分辨性能。


      權(quán)利要求
      1.一種離散連續(xù)混合相位型位相板,其特征在于該位相板的位相函數(shù)包含兩個(gè)部分φ(ρ)=θ(ρ)+θi式中一部分為連續(xù)分布位相板,即θ(ρ)=asin(2πbρ),ρ為位相板圓孔的徑向坐標(biāo);另一部分為臺(tái)階型位相板,在不同區(qū)域中為常量位相,即 其中ρ1≤ρ2≤...ρN∈
      ,θ1、θ2、...θN∈
      。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離散連續(xù)混合相位型位相板,其特征在于所述的臺(tái)階型位相板的位相分為三個(gè)常量區(qū),且位相值為0或π,即 其中ρ1≤ρ2∈
      。
      3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離散連續(xù)混合相位型位相板實(shí)現(xiàn)超分辨的方法,其特征在于該方法包括下列步驟①利用二元光學(xué)制造技術(shù)制作出臺(tái)階型位相板(3),使其參數(shù)分布為 ②其次將激光器1發(fā)出光波經(jīng)具有位相呈正弦分布連續(xù)型的位相板(2)進(jìn)行整形;③經(jīng)整形后的連續(xù)光波前經(jīng)過三區(qū)位相板(3)后,由透鏡(4)聚焦,透鏡(4)與三區(qū)位相板(3)的距離為透鏡的焦距;④最后在透鏡(4)的焦點(diǎn)處形成具有超分辨的光斑強(qiáng)度分布。
      4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的離散連續(xù)混合相位型位相板實(shí)現(xiàn)超分辨的方法,其特征在于所述的連續(xù)型位相板(2)的位相表達(dá)式為θ(ρ)=0.27386sin(πρ)
      全文摘要
      一種離散連續(xù)混合相位型位相板及其實(shí)現(xiàn)超分辨的方法,該位相板的位相函數(shù)包含兩個(gè)部分φ(ρ)=θ(ρ)+θ
      文檔編號(hào)G02B26/10GK1570682SQ200410018159
      公開日2005年1月26日 申請(qǐng)日期2004年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月9日
      發(fā)明者周常河, 周素梅 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
      網(wǎng)友詢問留言 已有0條留言
      • 還沒有人留言評(píng)論。精彩留言會(huì)獲得點(diǎn)贊!
      1