为了克服传统数字全息三维成像技术的扫描速度慢等诸多缺点,设计一种仅需单波长且可以一维扫描的透射式K空间变换数字全息三维成像技术。首先采用片状光束对样品进行照明并记录透射光的离轴全息图;然后利用传统的数字全息重建技术得到透射光的复振幅分布后去除其低频分量;最后在频谱空间进行坐标变换并对变换后的空间频谱进行傅里叶逆变换,便可得到被照明切片平面上的样品结构信息。在对工作原理和主要参数进行系统理论分析的基础上,利用数值模拟和光学实验对此技术的可行性进行实际验证。由于该技术能够使用透射光进行三维层析成像,因此很容易推广并应用于X光和其他短波长的辐射源成像,为研究样品高分辨三维结构提供新的工具。

为了精确辨别探测光的角动量,设计了一种基于表面等离子体的角动量探测器.该探测器体积小巧,结构简单,仅通过在一块金膜层上刻蚀设计好的纳米矩孔阵列就能实现对入射光角动量的探测.当入射光照射该探测器时,首先根据表面激发产生的表面等离子体波的耦合方向辨别入射光的偏振方向；之后通过测量出射端口的光强强度与耦合方向端口光强总强度之比,定量计算出－1到+1之间轨道角动量拓扑数的精确值.该微纳结构探测器可以精确识别入射光的角动量,为光学片上系统的设计与开发提供新思路.

将叠层扫描成像技术(ePIE)用于成像透镜透射波前的高精度测量。将透镜的透射光束照射至一个固定于二维扫描台的衍射物上,并在其后的探测器上形成衍射光斑,扫描台横向扫描并记录衍射物在每个位置所形成的衍射光斑,采用ePIE精确重建衍射物体的光场复振幅,并据此反演出透镜后表面的透射光波前;移去透镜后重复上述步骤,可以重建入射到透镜上的光束波前;将透射波前减去入射波前即可得到透镜的透射波前。该方法具有准确性高、结构简单、成本低廉等优点。

In the single-beam illuminating 3PIE (ptychographic iterative engine) method, the specimen is vertically illuminated without considering the influence of oblique illumination on the reconstruction result. In this paper, a dual-beam illuminating 3PIE method is proposed on the basis of the single-beam illuminating 3PIE method, and the simulation result shows that the reconstructed images are influenced by the phase inclination factor of the initial guessed illumination light beam. In the process of iterative recovery by the proposed method, two light beams are used to update the complex amplitude distribution of the same specimen area. The proposed method is demonstrated theoretically and experimentally. The results verify that the method can improve the convergence speed while weakening crosstalk between different specimen slices, and it is suitable for three-dimensional depth resolved imaging.

在单光束照明3PIE(Ptychographic Iterative Engine)方法中，照明光垂直照射在待测样品表面，没有考虑照明光倾斜对重构结果的影响。在单光束照明3PIE方法的基础上提出了双光束照明3PIE方法，同时模拟分析了初始猜测照明光中相位倾斜因子对成像质量的影响。双光束照明3PIE方法在迭代恢复样品的过程中，两束照明光均用于更新同一样品的复振幅分布，理论分析和实验结果均表明，双光束照明3PIE方法能够提高算法的收敛速度，有效减弱恢复样品不同层次之间的串扰，适用于三维层析成像。