相干衍射成像原理
衍射及成像原理_图文
4，衍射几何条件：厄瓦球面
S/l= k S0/l= k0
g
5，衍射仪原理
L=相机 长度
(hkl)
S/l= k
S0/l= k0 ghkl
000
(hkl)
Rhkl
6、 衍射和对称性：反射条件
F(q) = Sfj(q) exp[-2pi(k – k0).rj] = Sfj(q) exp[-2pi (h xj +k yj +l zj)], Ihkl ∝ Fhkl2, 即倒易阵点上才有强度。 However, not all reciprocal lattice points are associated with Bragg reflections. （1） inversion：(xj, yj, zj) –> (-xj, -yj, -zj)，两个原子的散射 因子之和为实数，F(q) = Sfj(q) cos[2p (h xj + k yj + l zj)], Ihkl = Ihkl ，即 倒易点阵具有对称中心 –> 11种LAUE对称中心点群
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2. 单原子散射
与时间无关的薛定谔方程
E1、 = Ekin + V总能量。解是粒子的状态。 对于平面波（点光源的波阵面（等相位面）为球面形，距离远，近 似为平面波，V = 常数）的单原子散射，其解为： = A exp(2pik.r) ，其中 r为wavefront上的一点，k是波矢（波矢空间或倒易空间，IkI = 1/l = (2m0e(E-V)/h2 ) 1/2 = (2m0eEkin/h2 ) 1/2 ）
3.3 Bragg方程
所以S – S0垂直于晶面（hkl），如同镜面反射。 式a (S – S0) = h.l 两侧同乘a*，得(S – S0)/l = h a* = k – k0 = K，因 此K = h a* + k b* + l c*是倒易矢量, 波长的倍数为晶面指数，k 、k0 分别代表出射和入射波矢。 反射条件： I k– k0 I = 1/dhkl = 2 sinq，得Bragg方程l = 2 d sinq 当hkl有公因子时，nl = 2 d sinq，nh nk nl代表伪晶面。
简述光的衍射原理及其应用
简述光的衍射原理及其应用衍射原理光的衍射是指光通过某种物体或障碍物时，波前发生改变并产生弯曲现象。
这种现象是由于光的波动性质所致，即光波传播时会绕过物体或障碍物的边缘，并在背后产生交错干涉现象。
从而导致光的扩散和波动的分布情况。
光的衍射是光波传播过程中重要的现象，具有广泛的应用领域。
衍射现象光的衍射现象是在光线通过一些具有特定尺寸或几何形状的物体时产生的。
当光波传播到物体的边缘或孔的边缘时，波前会发生变化。
在这些边缘附近，光波的干涉效应会产生衍射现象。
光的衍射现象包括以下几个重要特点：1.衍射模式：具体的衍射效应取决于物体的尺寸和形状，例如，当光通过一个小孔时，将产生单缝衍射模式，当光通过一个狭缝时，将产生双缝衍射模式。
2.衍射图样：光经过衍射后，在接收屏上形成特定的图样，衍射图样的形状与物体的尺寸和形状有关。
3.衍射波面：当光波通过物体的边缘时，波面会发生弯曲和扩散现象。
光的衍射应用光的衍射原理在许多领域中具有重要的应用价值。
以下是一些常见的光衍射应用：衍射光栅光栅是由等间距缝条或线组成的透明物体。
经过光栅的光会发生衍射现象，形成特定的衍射图样。
光栅广泛应用于光谱学、激光技术和光学测量中。
例如，在光谱学中，可利用光栅将入射光分解成不同波长的光，从而进行光的分析和测量。
衍射成像衍射成像是利用光的衍射原理实现的一种成像技术。
通过利用光波褶皱和扩散的特性，可以在投影屏上形成物体的衍射图样。
这种技术常用于显微镜、望远镜和干涉计等设备中，用于观察和测量微小物体。
衍射天文学光的衍射原理在天文学中有着重要的应用。
衍射原理可以用于天文望远镜的设计和构造，以提高望远镜的分辨率。
通过在望远镜的光路上设置透镜和光栅，可以使望远镜能够更好地观测和分析远距离星体。
衍射声学除了光波，声波也可以发生衍射现象。
衍射声学是研究声波在物体或障碍物上衍射的学科。
通过利用衍射现象，可以在声学设备设计中实现声波的控制和操作，用于音频信号处理、声波传感器和扩音设备等领域。
OCT(光学相干层析成像)原理
1993年，第一台商 用OCT系统上市。
2000年代以后， OCT技术逐渐拓展 到其他医学领域， 如皮肤科、妇科等。
OCT技术的应用领域
眼科
OCT技术广泛应用于眼科疾病 的诊断和治疗，如黄斑病变、
青光眼、白内障等。
皮肤科
OCT技术可以用于皮肤肿瘤、 皮肤炎症等疾病的诊断和治疗 。
妇科
OCT技术可以用于子宫颈癌、 卵巢癌等妇科疾病的诊断和治 疗。
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OCT的层析原理
OCT通过测量反射光和透射光的干涉信号来获取样品的层 析结构。干涉信号的强度与参考光束和样品光束的光程差 有关，通过测量不同延迟时间下的干涉信号，可以重建样 品的层析结构。
OCT的层析过程通常采用频域OCT或时域OCT技术实现。 频域OCT通过快速扫描光学频率来获取干涉信号，而时域 OCT则通过快速扫描参考光束的延迟时间来获取干涉信号 。
03 OCT系统组成
光源模块
01
02
03
光源选择
OCT系统通常使用近红外 光波长的激光作为光源， 如800-1300nm波长范围。
光源输出功率
光源模块需要提供稳定的 输出功率，以保证OCT系 统的成像质量。
光谱特性
光源应具有较窄的光谱宽 度，以提高OCT系统的分 辨率。
扫描模块
扫描方式
扫描模块负责将光源发出 的光束扫描到待测样品上， 实现层析成像。
OCT图像的定量分析
厚度测量
OCT图像可以用于测量组织的厚度，通过对不同层次反射信号的 识别和测量，可以获得组织厚度的定量数据。
折射率计算
OCT设备通过测量光在组织中的传播速度，可以计算出组织的折射 率，这对于判断组织性质和生理状态具有重要意义。
x射线相衬成像 原理
x射线相衬成像原理
X射线相衬成像是一种利用X射线进行高分辨率成像的技术。
它的原理基于X射线的衍射和干涉现象。
在X射线相衬成像中，X 射线通过被成像的样品并与参考波束进行干涉，从而产生对样品内部微小结构的高分辨率影像。
具体来说，X射线相衬成像的原理包括以下几个方面：
1. 衍射，X射线通过样品时会发生衍射现象，这是因为样品内部的不同区域对X射线的衍射角度不同，导致X射线波前的相位发生变化。
2. 干涉，X射线通过样品后，与参考波束相互干涉。
当X射线波前的相位发生变化时，就会产生干涉图样，这种干涉图样可以提供关于样品内部微小结构的信息。
3. 相衬效应，X射线相衬成像利用了X射线的相衬效应，即通过调节X射线波前的相位差，使得原本被吸收的X射线能够被相衬成像系统检测到，从而实现对样品微小结构的成像。
总的来说，X射线相衬成像的原理基于X射线的衍射、干涉和相衬效应，通过探测X射线波前的相位变化，实现对样品内部微小结构的高分辨率成像。
这种技术在医学影像学、材料科学等领域具有重要的应用前景。
阿贝成像原理
+∞
∞
∫
E ( x, y )exp[i 2π ( f x x + f y y )]df x df y
像面的光强分布
( x, y )} 2 I ( x′, y′) = (λ f ′) F {E
2 1
( x, y )} 2 = I ( x′, y′) 物面上的光强分布 I ( x, y ) = t ( x0 , y0 ) = F {E (λ f ′) 4
F
S+1
A B C
S0 S-1
阿贝成象原理
2. 像面 上光场的复振幅分布 像面I’上光场的复振幅分布 光波从焦面F’到象面 到象面I’的传播 光波从焦面 到象面 的传播 如：显微系统
+∞
菲涅耳衍射积分
远场
物镜焦面上光场分布函数的傅里叶变 物镜焦面上光场分布函数的傅里叶变换
E ( x ', y ') = ∫
CH 6-4
阿贝成像原理
Abbe imaging principle
6.4 阿贝成像原理
阿贝（Abbe，1840－1905）研究如何提高显微镜的分 阿贝（ ， － ） 辨本领问题—1873 年对相干光照明的物体提出了两步 辨本领问题 衍射成像原理。 衍射成像原理。
L
O
1
F
S+1 S0 S-1
I’ C’ B’ A’
2 1
当透镜孔径为无限大时－－物面的所有频谱都参与综合成像 当透镜孔径为无限大时－－物面的所有频谱都参与综合成像 当透镜孔径为无限大时－－ －－物面与像面对应点光强之比为常数－－两者的光强分布完全 物面与像面对应点光强之比为常数－－ －－物面与像面对应点光强之比为常数－－两者的光强分布完全 相同－－ 物与像几何相似 相同 实际透镜的口径有限－－物函数所含有的频率超过一定限度的信 实际透镜的口径有限－－ 实际透镜的口径有限－－物函数所含有的频率超过一定限度的信 －－因衍射角过大而失去高频成分的信息再综合到一起时像 息－－因衍射角过大而失去高频成分的信息再综合到一起时像 的细节被“平滑”而变模糊－－ －－棱角不分明 的细节被“平滑”而变模糊－－棱角不分明 提高系统的成像质量：应扩大透镜的口径 减少高频信息的损失 提高系统的成像质量： 提高系统的成像质量 应扩大透镜的口径－减少高频信息的损失
衍射及成像原理-图文
(4) 滑移面： b: (xj, yj, zj) –> (-xj, 1/2+yj, -zj)，对于(hk0)，k = 2n
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2. 单原子散射
与时间无关的薛定谔方程
E1、 = Ekin + V总能量。解是粒子的状态。 对于平面波（点光源的波阵面（等相位面）为球面形，距离远，近 似为平面波，V = 常数）的单原子散射，其解为： = A exp(2pik.r) ，其中 r为wavefront上的一点，k是波矢（波矢空间或倒易空间，IkI = 1/l = (2m0e(E-V)/h2 ) 1/2 = (2m0eEkin/h2 ) 1/2 ）
S – S0
k q
k0
S0
k – k0 = K
q
S (hkl)
3.5 单胞散射
单胞内所有原子散射波的总和，振幅正比于
F(q) = Sfj(q) exp[-2pi(k – k0).rj]，结构因子
k – k0 = K
k
k0
q
ra
3.6 完整晶体散射
fg＝S Fn exp[-2piK.rn]，其中Fn是第n个单胞的散射因子 ，rn ＝n1a+n2b+n3c是第n个单胞的位置，K是倒易矢量 当K.rn＝m时产生衍射，即K 为倒易点阵结点位置 = g = h a* + k b* + l c*
同理，三维情形：
a (cos a – cosa0) = h.l, 等效于： a (H2A1 – A2H1) = h.l
= a (S – S0)，S、S0为单位矢量。 LAUE方程
物理成像原理
物理成像原理
物理成像原理是指通过物理原理来实现图像的形成和传输的过程。
其中几个常用的物理成像原理包括透镜成像原理、干涉成像原理、衍射成像原理和散射成像原理。
透镜成像原理是利用透镜的折射作用来实现成像的原理。
当光线通过透镜时，根据透镜的凸凹形状，光线会发生折射，并在焦点处集中，从而形成清晰的像。
干涉成像原理是基于光的干涉现象实现图像的原理。
当两束光线相遇时，它们会发生干涉，形成交替的亮暗条纹。
通过测量和分析这些条纹可以得到物体的图像信息。
衍射成像原理是基于光的衍射现象实现图像的原理。
当光通过一个小孔或细缝时，会发生衍射现象，产生一系列交替的亮暗条纹。
通过观察和测量这些条纹可以获取物体的图像信息。
散射成像原理是利用散射现象实现图像的原理。
当光线遇到物体表面时，会发生散射，光线在各个方向上均匀分散。
通过接收和处理散射光可以还原出物体的图像。
这些物理成像原理在不同的应用领域中发挥着重要的作用，如光学、医学影像学和遥感等。
通过对这些原理的研究和理解，我们能够更好地理解图像的形成过程，并应用于实际问题的解决中。
光的衍射与干涉在成像技术中的应用
干涉成像的优点
提高图像的分辨 率和清晰度
降低图像的噪声 和干扰
增强图像的对比 度和色彩饱和度
实现微小物体的 高精度检测和测 量
干涉成像技术的应用
干涉成像技术的基本原理
干涉成像技术在表面形貌测量中 的应用
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干涉成像技术在光学显微镜中的 应用
干涉成像技术在波前传感器中的 应用
中的应用
01
光的衍射与干涉的基本原理
光的波动性
光的衍射：光在传播过程中遇到障碍物时发生的偏离直线传播的现象。
光的干涉：两束或多束光波在空间相遇时，由于相位差的存在，相互加强或相互抵 消的现象。
波动性是光的基本属性之一，具有传播、干涉、衍射等特性。
光的衍射与干涉在成像技术中具有重要的应用，如提高成像质量、实现光学显微等。
06
光的衍射与干涉在遥感成像中的应用
卫星遥感中的衍射与干涉技术
衍射与干涉技术在卫星遥感中的应用原理 衍射与干涉技术在卫星遥感中的优势与局限性 衍射与干涉技术在卫星遥感中的实际应用案例 未来卫星遥感中衍射与干涉技术的发展趋势
雷达遥感中的衍射与干涉技术
雷达遥感技术利用电磁波探测地表和地表下物质特性，实现地形地貌、资源环境等领域的监测和测量。
衍射在成像技术中的应用：利用衍射原理设计超分辨成像镜头，提高成像分辨率 和清晰度
超分辨成像技术
简介：超分辨成像技术利用光的 衍射原理，突破了光学衍射极限， 实现了高分辨率成像。
应用领域：在生物医学、安全监 控、高精度测量等领域有广泛应 用。
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技术原理：通过精心设计的掩膜和光 学系统，控制光的衍射和干涉，从而 在成像中获得更高的空间分辨率。
阿贝成像原理
阿贝成像原理
Abbe imaging principle
6.4 阿贝成像原理
阿贝（Abbe，1840－1905）研究如何提高显微镜的分 辨本领问题—1873 年对相干光照明的物体提出了两步 衍射成像原理。
L
O
1
F
S+1
I’ C’ B’ A’
1
A B C
S0 S-1
阿贝成象原理
2
通过衍射屏的光发生夫 琅禾费衍射，在透镜后 焦平面上得到傅里叶频 谱 (S+1, S0, S-1)
E ( x ', y ')
E( x, y)exp[i2 ( f
f x' x' d
x
' x f y ' y)]dxdy
y' d
f y'
牛顿放大率公式
x' d y' d , x f' y f'
d d x ' x, y ' y f' f'
E ( x ', y ') ( f ')
2
E( x, y)exp[i2 ( f x f
x
y
y)]df xdf y
像面的光强分布
I ( x, y) ( f ) F {E ( x, y)}
2 1
2
I ( x, y) 物面上的光强分布 I ( x, y) t ( x0 , y0 ) F {E ( x, y)} ( f )4
傅 里 叶 光 学 观 点
1. 透镜后焦面上光场分布
物光波的 付氏变换
光学中的光的干涉与衍射实验
光学中的光的干涉与衍射实验光的干涉与衍射作为光学研究的重要分支，是指光波在传播过程中相互干涉和衍射现象的表现。
在光学实验中，通过利用光的干涉与衍射现象可以对光的性质进行研究以及应用。
1. 干涉实验干涉实验通过光的干涉现象展示了光波的波动性质以及波的叠加原理。
其中，杨氏双缝干涉实验是一种经典的干涉实验。
在杨氏双缝干涉实验中，我们需要准备一块光波照射的屏幕，屏幕上有两个并列的狭缝，称之为双缝。
当一束平行光照射到双缝时，经过双缝后的光波会出现干涉现象。
干涉现象呈现为在屏幕上观察到的一系列交替的明暗条纹，这些条纹被称为干涉条纹。
这是因为当两束不同来源的光波（来自两个狭缝）相遇时，它们会发生相干叠加。
当两束波峰相遇时，它们会相互加强，形成明亮的区域；而当波峰和波谷相遇时，它们会相互抵消，形成暗淡的区域。
通过观察干涉条纹的间距和颜色，我们可以得出关于光波波长、波速等性质的信息。
干涉实验不仅可以用于测量光的性质，还可以应用于干涉仪和干涉计等光学仪器的制作与调试。
2. 衍射实验衍射实验是指光波通过障碍物或孔径时产生的弯曲现象。
衍射实验也是光的波动性质的重要证明之一。
在衍射实验中，我们可以使用光的衍射光栅进行研究。
光栅是指一种特殊的光学元件，它由一系列平行且等距的透明狭缝或透明条纹组成。
当平行光通过光栅时，光波会经过衍射后在屏幕上形成一系列亮暗相间的条纹。
根据衍射的原理，光栅衍射实验可用于测量光波的波长、波速以及光栅的参数等。
这对于光学的研究以及实际应用有着重要意义。
衍射实验不仅在科研中有广泛应用，也可以用于设计和制造光学仪器。
3. 干涉与衍射的应用干涉与衍射现象不仅在光学领域中有着理论研究的意义，也在生活中得到了广泛的应用。
例如，我们可以通过利用干涉现象制作干涉滤光片，通过控制光的干涉波长，实现特定波长的光透过，从而用于激光器、光学通信等领域。
此外，各种干涉与衍射仪器（如激光干涉仪、光栅衍射仪等）可以应用于科学研究、工业检测等领域。
相干光学与干涉仪器原理
相干光学与干涉仪器原理光学作为一门重要的科学领域，涉及到光的传播、干涉、衍射等现象的研究。
其中，相干光学和干涉仪器原理是光学领域中的两个重要概念。
本文将从相干光学的基本原理入手，探讨其与干涉仪器的关系。
相干光学是研究光波的干涉、衍射等现象的科学。
在相干光学中，我们首先需要了解光的相干性。
相干性是指两个或多个光波的波动特性在时间和空间上的关联程度。
当两个光波的相位差保持不变时，它们是相干的。
相干性的存在使得光波可以产生干涉现象。
干涉是指两个或多个光波相互叠加时产生的波动现象。
干涉现象可以通过干涉仪器来观察和测量。
干涉仪器是一种利用光的干涉原理来测量光波的相位差、波长等参数的仪器。
常见的干涉仪器有迈克尔逊干涉仪、马赫-曾德尔干涉仪等。
这些仪器利用光的干涉现象来实现精确的测量。
以迈克尔逊干涉仪为例，它由一个光源、一个分光器、两个反射镜和一个合成器组成。
光源发出的光经过分光器分成两束，分别经过两个反射镜反射后再次合成。
当两束光波的相位差为整数倍的波长时，它们会相干叠加，形成明暗交替的干涉条纹。
通过测量干涉条纹的位置和形态，可以计算出光波的相位差和波长。
干涉仪器的原理基于光的波动性和相位差的测量。
光波的波动性使得光可以叠加形成干涉条纹，而相位差的测量则是通过观察和记录干涉条纹的位置和形态来实现的。
干涉仪器的设计和使用需要考虑光源的稳定性、光路的调整、测量的精度等因素，以确保测量结果的准确性和可靠性。
相干光学和干涉仪器的研究和应用在科学研究和工程技术中具有广泛的应用。
在科学研究中，相干光学和干涉仪器可以用于测量光的相位差、波长、折射率等参数，帮助科学家深入了解光的性质和光与物质的相互作用。
在工程技术中，相干光学和干涉仪器可以应用于光学仪器的设计和制造、光学信息处理、光学成像等领域，为现代科技的发展提供了重要的支持。
总之，相干光学和干涉仪器原理是光学领域中的重要概念。
相干光学研究光的相干性，而干涉仪器利用光的干涉现象来测量光波的相位差、波长等参数。
阿贝成像原理和空间滤波
阿贝成像原理和空间滤波早在1874年，阿贝（E.Abbe,1840—1905）在德国蔡司光学器械公司研究如何提高显微镜的分辨本领问题时，就提出了相干成像的原理，他的发现不仅从波动光学的角度解释了显微镜的成像机理，明确了限制显微镜分辨本领的根本原因，而且由于显微镜（物镜）两步成像的原理本质上就是两次博里叶变换，阿贝成像原理的提出被认为是现代傅里叶光学的开端。
通过本实验可以把透镜成像与干涉、衍射联系起来，初步了解透镜的傅里叶变换性质，从而有助于对现代光学信息处理中的空间频谱和空间滤波等概念的理解，能够对相干成像的机理、频谱的分析做出深刻的解释。
同时，这种简单模板作滤波的方法，直到今天在图像处理中仍然有广泛的应用价值。
【实验目的】1．了解阿贝成像原理；2．理解傅立叶光学中的空间频率、空间频谱和空间滤波等概念；3．了解空间滤波的应用。
【实验原理】1.阿贝成像原理在相干平行光照明下，显微镜的物镜成像可以分成两步：①入射光经过物的衍射在物镜的后焦面上形成夫琅禾费衍射图样；②衍射图样作为新的子波源发出的球面波在像平面上相干叠加成像。
阿贝提出的二次衍射成像过程，经过计算可以证明实质上是以复振幅分布描述的物光函数U(x,y)，经傅里叶变换成为焦平面（频谱面）上按空间频谱分布的复振幅——频谱函数U′(v x,v y)。
频谱函数再经傅里叶逆变换即可获得像平面上的复振幅分布——像函数U″（x″，ｙ″）。
也就是说透镜本身就具有实现傅里叶变换的功能。
第一个步骤起的作用就是把光场分布变为空间频率分布。
而第二个步骤是又一次傅里叶变换将U″（x″，ｙ″）又还原到空间分布U(x,y)。
物是空间不同频率的信息的集合,第一次傅里叶变换是分频的过程,第二次傅里叶逆变换是合频过程,形成新的不同频率的信息的集合—像。
如果这两次傅里叶变换完全是理想的，信息在变换过程中没有损失，则像和物完全相似。
但由于透镜的孔径是有限的，总有一部分衍射角度较大的高次成分（高频信息）不能进入物镜而被丢弃了。
光学显微学中的相衬成像技术
光学显微学中的相衬成像技术光学显微学是一种研究小尺度物质结构和变形的重要技术手段。
而相衬成像技术更是在实际应用中得到了深入推广和发展。
那么，什么是相衬成像技术呢？相对于普通成像技术，它的优点有哪些？如何应用于光学显微学的研究中呢？本文将对此进行介绍和探讨。
一、相衬成像技术的原理首先，需要了解什么是衍射和衍射衬度。
光学显微学的成像过程中，物质会散射光线，这种散射有可能会产生波的干涉和衍射效应。
而几何光学理论所描述的成像只是对于直接传播的光线产生的成像有效。
对于衍射成像技术，人们将更多地关注波面信息，并尝试去还原失真的波信息。
通过选择合适的物质在特定波长范围内散射光线，可以实现波的干涉和材料的折射，从而提高成像的分辨率和对样品的表征能力。
相衬成像技术就是在这样的思路下发展起来的。
相衬成像是指通过X射线、电子或者光子等射线与样品的作用，能够在前向传播方向上使得散射光通过相衬投影出作用在样品上的细小相位差异，从而增强样品的对比度，达到更好的成像效果。
在使用光子作为入射光时，相衬成像可以使用相位衬底片控制所谓的干涉环境，从而增强相位差异的分辨率。
同时，相衬成像也可以将相位信息减少到同一图像平面上，减少图像混淆问题。
因此，相衬成像技术能够显著地提升光学显微学成像的分辨率和对比度，有利于更好地观察样品的结构、变化和运动。
二、相衬成像技术的应用相衬成像技术在光学显微学领域已经得到了广泛的应用。
它在材料科学、医学、生物学等领域都展现了出色的表现。
在材料科学领域，相衬成像技术被广泛应用于薄膜、微电子器件、纳米结构等方面。
它能够发现、分析和优化这些材料的物理和化学性质，为新材料的合成与设计提供有力的支持。
在医学领域，相衬成像技术被应用于对生物组织与细胞的观察研究中，尤其是在三维显微成像、细胞运动和形态学研究等方面。
相衬成像通过增强样品的对比度和分辨率，不仅能够让病变组织更容易被观察到，还能够更加准确地观察细胞形态，分辨细胞器等。
《衍衬成像分析》课件
02
微观结构分析
衍衬成像技术可用于分析材料的微观结构，如晶体结构、织构、相变等
。通过对微观结构的分析，可以了解材料的物理和化学性质，为材料科
学研究和应用提供有力支持。
03
光学检测
衍衬成像技术可用于光学检测领域，如光学元件表面质量检测、光学系
统调试等。通过对光学元件表面质量的检测和分析，可以保证光学系统
进行实验操作
按照设定的实验步骤和参数进行衍衬 成像实验，记录实验过程中的详细操 作和观察结果。
数据收集与整理
收集实验数据，整理成表格或图形， 便于后续分析。
实验结果分析
数据解读
结果比较与验证
对收集到的实验数据进行解读，分析样品 的结构、形貌和性质等信息。
将实验结果与理论值或已知数据进行比较 ，验证实验结果的准确性和可靠性。
的稳定性和可靠性。
02 衍衬成像实验设备
实验设备介绍
衍衬成像实验设备是一种用于观察和分析物质内部结构的精密仪器。它利用衍射原理，将物质内部的结构信息以图像的形式 呈现出来，为科学研究和技术开发提供重要的数据支持。
衍衬成像实验设备主要由光源、样品台、光路系统、探测器和计算机控制系统等部分组成。其中，光源是提供实验所需的光 能量，样品台用于放置待测样品，光路系统负责将光线传输到样品上，探测器用于接收衍射信号，而计算机控制系统则对整 个实验过程进行控制和数据处理。
在操作过程中，需要注意安全问题，避免直接接触高 能光源和高温部件。同时，需要保持实验环境的清洁 和干燥，以免影响实验结果。
实验设备维护与保养
为了确保衍衬成像实验设备的正常运行和使用寿命， 需要进行定期的维护和保养。首先，需要定期检查设 备的各个部件是否正常工作，如光源、光路系统、探 测器和计算机控制系统等。其次，需要定期清洁和维 护实验设备的表面和内部部件，保持设备的清洁和干 燥。此外，还需要定期更新和升级设备的软件和硬件 系统，以确保设备的性能和稳定性。
光学原理_光学相干层析成像技术
光学相干层析成像技术摘要：光学相干层析成像技术（Optical Coherent Tomography, OCT）在生物组织的微观结构成像的研究中起着重要的作用，它是一种非接触的、无损伤的和高性能的成像技术。
和传统的时域OCT（Time Domain-OCT）相比，频域OCT（Fourier Domain-OCT）能够提供了更高的分辨率，更高的动态范围，以及更高速的成像速度，被广泛的应用在了生物组织医学成像等方面。
但不可否认的是，对于像跟腱，角膜，视网膜，骨头，牙齿，神经，肌肉等具有双折射特性的生物组织，FD-OCT 没有足够的能力来描述这些它们的分层结构和双折射的对比度。
偏振OCT （Polarization Sensitive-OCT）的基础正是由于样品组织对于偏振光的敏感性而建立的。
因此，PS-OCT是描述具有双折射特性组织的强有力的工具。
偏振频域OCT（Polarization-sensitive Fourier-domain optical coherence tomography，PS-FD-OCT）是目前最优的OCT是PS-FD-OCT。
它系统同时具备了偏振OCT 和频域OCT两种系统的优点。
本文利用琼斯矢量法对其进行了描述。
正文：1光学相干层析成像技术的发展和现状1.1光学相干层析成像技术的发展显微成像技术已经发展了很长时间了。
为了观察生物组织、微生物组织和了解材料的结构，人们发展了多种成像技术，如：X光技术及层析技术、核磁共振技术、超声、正电子辐射层析技术及光学层析成像技术OT（Optical tomography）等。
在OT技术中的光源主要采取红外或近红外光（700—1300nm），该波段光较容易透过某种生物类混沌介质，对生物活体无辐射伤害，而且通过分析光谱还可以获得组织的新城代谢功能等信息。
因此OT技术正在生物医学界得到广泛的研究和应用。
根据原理OT技术可以分为两类：散斑光学层析成像技术DOT （diffuseoptical tomography），和光学衍射层析成像技术ODT（optical diffractiontomography）。
衍射的原理
衍射的原理
衍射是一种波动现象，指的是当波穿过一个障碍物或通过一个孔隙时，波的传播方向发生偏折并形成新的传播波的现象。
衍射的原理可以通过惠更斯-菲涅尔原理来解释。
根据这个原理，当波传播到达一个障碍物或孔隙时，每一点都可以看作是一个次级波的源，这些次级波会向前传播并相互干涉。
而障碍物或孔隙对波的传播会产生阻挡或缺口，从而使得不同位置的次级波存在相位差。
当这些次级波重新叠加时，它们会相互干涉并形成衍射图样。
衍射的图样一般由明暗相间的区域组成，这是因为不同位置的次级波在叠加时可能会相长干涉（峰与峰相遇）或相消干涉（峰与谷相遇）。
对于一个孔隙来说，中央区域通常会呈现亮斑，周围则是暗条纹。
而对于一个较大的障碍物，衍射图样往往呈现出复杂的圆环或线条形状。
衍射现象的产生离不开波的波长和障碍物或孔隙的大小之间的比较。
当波的波长远远大于障碍物或孔隙的尺寸时，衍射效应会更加明显。
而当波的波长接近或小于障碍物或孔隙的尺寸时，衍射效应则会减弱甚至消失。
衍射现象在许多领域都有应用，如无线电传播、光学成像等。
通过研究和利用衍射原理，人们可以更好地理解波动现象，并设计出更有效的技术和装置。
相干衍射成像原理 PPT
相干衍射成像
相干光源照明条件下，通过物波衍射或干涉光场强度分布获取波前相位 信息实现二维或者三维物体成像的技术称为相干衍射成像（CDI）。
相干衍射成像(CDI )是从衍射分布中恢复出物体原图像的过程。物波光场 的复振幅函数有振幅和相位两部分组成，物波场的衍射或干涉光场的振幅信 息一般通过感光胶片或者数字图像传感器如CCD可以方便的记录其强度分布 获得，但是图像传感器不能直接探测波前的相位信息，恢复原图像即重建物 波函数需要同时知道其振幅信息和相位信息。
基于夫琅禾费衍射的非迭代阵列抽样衍射成像
基于夫琅禾费衍射的非迭代阵列抽样衍射成像
基于夫琅禾费衍射的非迭代阵列抽样衍射成像
基于夫琅禾费衍射的非迭代阵列抽样衍射成像
基于夫琅禾费衍射的非迭代阵列抽样衍射成像
基于夫琅禾费衍射的非迭代阵列抽样衍射成像
基于夫琅禾费衍射的卷积可解阵列波前检测的原理如下所述： （1）让被测波前（具有非均匀的振幅和相位分布）先通过一个特殊设计的多针孔阵列抽样 板（CSSA）； （2）被抽样波前经过一个Fraunhofer衍射到达一个图像传感器（如CCD）的记录平面，由 CCD记录该Fraunhofer衍射光场的强度分布图样并输入计算机或图像处理器； （3）对所记录的强度图样做逆傅里叶变换得到该强度图样的空间频谱函数； （4）最后再通过一个与CSSA 对应的多针孔阵列抽样板对该频谱函数进行抽样滤波就可以得 到待测抽样波前的振幅和相位分布。 被抽样波前的Fraunhofer衍射图样也可通过在CSSA和CCD之间插入一个傅里叶变换透镜并将 CCD记录面置于傅里叶变换透镜的后焦面上来获得。由于从该 Fraunhofer 衍射光场强度图样的 逆傅里叶变换中求解被测波前在数学上等价于一个解卷积过程，因此我们将以上所用多针孔抽 样板命名为卷积可解阵列抽样板并将上述波前探测方法称为卷积可解阵列抽样法。该方法完全 不需要迭代过程。相位恢复过程也只在一幅衍射强度图像中进行，不涉及多幅图像的交互处理， 可实现二维波前的实时测量。
光的干涉衍射解析
光的干涉衍射解析在我们的日常生活中，光无处不在。
从照亮我们前行道路的路灯，到让我们看清五彩世界的阳光，光以其独特的方式展现着它的魅力。
而在物理学中，光的干涉和衍射现象更是为我们揭示了光的波动性本质，让我们对光有了更深入的理解。
要理解光的干涉衍射，首先得从光的本质说起。
在很长一段时间里，人们对于光的本质存在着争论，一种观点认为光是由粒子组成的，另一种观点则认为光是一种波。
直到一系列的实验和研究，光的波动性才逐渐被广泛接受。
光的干涉现象是光波动性的一个重要表现。
当两列或多列光波在空间相遇时，它们会相互叠加，从而在某些区域加强，在某些区域减弱，形成明暗相间的条纹，这就是光的干涉。
就拿杨氏双缝干涉实验来说，一束光通过两个相距很近的狭缝，在屏幕上就会出现一系列明暗相间的条纹。
这是因为从两个狭缝射出的光相当于两个相干光源，它们的频率相同、相位差恒定，满足干涉的条件。
在屏幕上，两列光波叠加的地方，光强增强，形成亮条纹；两列光波相互抵消的地方，光强减弱，形成暗条纹。
干涉条纹的间距和光的波长、双缝之间的距离以及双缝到屏幕的距离都有关系。
波长越长，条纹间距越大；双缝间距越小，条纹间距越大；双缝到屏幕的距离越大，条纹间距也越大。
光的衍射现象则是指光在传播过程中遇到障碍物或小孔时，会偏离直线传播，在障碍物或小孔的边缘形成明暗相间的条纹。
比如，当一束光通过一个很小的圆孔时，在屏幕上会出现一个中央亮斑，周围环绕着明暗相间的圆环。
这是因为光在通过圆孔时，不同位置的光波发生了叠加和干涉。
光的衍射现象在日常生活中也有很多体现。
比如，我们在看远处的灯光时，会发现灯光周围有模糊的光晕，这就是光的衍射造成的。
光的干涉和衍射现象有着密切的联系。
它们都是光的波动性的表现，都是由于光波的叠加和干涉引起的。
但在具体的条件和表现形式上，又有所不同。
干涉通常需要两列或多列相干光的叠加，而衍射则是单束光在遇到障碍物或小孔时自身发生的弯曲和叠加。
干涉条纹通常比较清晰、规则，而衍射条纹则相对较模糊、复杂。
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ENDBiblioteka 相干衍射成像相干衍射成像
相干光源照明条件下，通过物波衍射或干涉光场强度分布获取波前相位 信息实现二维或者三维物体成像的技术称为相干衍射成像（CDI）。
相干衍射成像(CDI )是从衍射分布中恢复出物体原图像的过程。物波光场 的复振幅函数有振幅和相位两部分组成，物波场的衍射或干涉光场的振幅信 息一般通过感光胶片或者数字图像传感器如CCD可以方便的记录其强度分布 获得，但是图像传感器不能直接探测波前的相位信息，恢复原图像即重建物 波函数需要同时知道其振幅信息和相位信息。
光强传播的方程(TIE )可以写为：
上式描述的是菲涅耳衍射场中光强 I 的轴向梯度与相位 φ 垂轴方向分布 的关系。 没有迭代过程，求解TIE 有四种典型的方法，分别是傅里叶变换法、格 林函数法、泽尼克多项式法和多重网格法，光强传播方程算法需要测量多次 光强分布，但其抗噪性能强。
基于夫琅禾费衍射的非迭代阵列抽样衍射成像
基于夫琅禾费衍射的卷积可解阵列波前检测的原理如下所述： （1）让被测波前（具有非均匀的振幅和相位分布）先通过一个特殊设计的多针孔阵列抽样 板（CSSA）； （2）被抽样波前经过一个Fraunhofer衍射到达一个图像传感器（如CCD）的记录平面，由 CCD记录该Fraunhofer衍射光场的强度分布图样并输入计算机或图像处理器； （3）对所记录的强度图样做逆傅里叶变换得到该强度图样的空间频谱函数； （4）最后再通过一个与CSSA 对应的多针孔阵列抽样板对该频谱函数进行抽样滤波就可以得 到待测抽样波前的振幅和相位分布。 被抽样波前的Fraunhofer衍射图样也可通过在CSSA和CCD之间插入一个傅里叶变换透镜并将 CCD记录面置于傅里叶变换透镜的后焦面上来获得。由于从该 Fraunhofer 衍射光场强度图样的 逆傅里叶变换中求解被测波前在数学上等价于一个解卷积过程，因此我们将以上所用多针孔抽 样板命名为卷积可解阵列抽样板并将上述波前探测方法称为卷积可解阵列抽样法。该方法完全 不需要迭代过程。相位恢复过程也只在一幅衍射强度图像中进行，不涉及多幅图像的交互处理， 可实现二维波前的实时测量。
GS 基本算法
GS 基本算法
HIO 混合算法 ER 算法
应用于相干成像的迭代相位恢复算法中，典 型的是混合输入输出HIO 算法,它是ER算法的基 础上，使用一幅输出面的光强分布重建原物波 的方法，对于物波函数是实函数的情况效果较 好。
TIE 混合算法
基于强度测量的相位恢复算法的核心思想就是通过求解光强传播方程（TIE ）， 从强度信息中计算出相位信息。
相干衍射成像
基于迭代算法的相干衍射成像
主要有三种迭代算法： 1、GS算法 GS 算法也称为误差下降算法，物波函数在空域和频域的交替迭代计算过程中，空域强度 分布和频域强度分布作为单一迭代约束条件，存在着收敛性迭代‘停滞’问题。 2、HIO算法 改进了误差减少ER 算法并进一步发展了混合输入输出HIO 算法,克服了临界问题,在相干 衍射成像中被广泛使用。 3、TIE算法 基本原理是测量沿光传播方向的光强变化推算出垂直方向的相位分布，目前比较常用的 解TIE 方程的方法是傅里叶变换法
由于迭代算法通常存在计算量大和迭代收敛性问题，提出了基于波前调制或 抽样的波前检测和衍射成像方法。 这类方法的基本思路是：（a）在被测样品和图像传感器记录平面之间引入某 种具有特定透过率分布的波前调制或抽样元件；（b）记录物波经波前调制或抽 样后的衍射光场的强度分布图样；（c）基于所用波前调制元件的衍射特性建立相
应的波前或相位恢复算法，在计算机中实现数字波前重现和数字衍射成像。
基于夫琅禾费衍射的非迭代阵列抽样衍射成像
基于夫琅禾费衍射的非迭代阵列抽样衍射成像
基于夫琅禾费衍射的非迭代阵列抽样衍射成像
基于夫琅禾费衍射的非迭代阵列抽样衍射成像
基于夫琅禾费衍射的非迭代阵列抽样衍射成像
基于夫琅禾费衍射的非迭代阵列抽样衍射成像