张润南 1,2,3蔡泽伟 1,2,3,**孙佳嵩 1,2,3卢林芃 1,2,3[ ... ]左超 1,2,3,*
1 智能计算成像实验室, 南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京210094
2 南京理工大学智能计算成像研究院, 江苏 南京210019
3 江苏省光谱成像与智能感知重点实验室, 江苏 南京 210094
光场的相干性是定量衡量其产生显著的干涉现象所具备的重要物理属性。尽管高时空相干性的激光已成为传统干涉计量与全息成像等领域不可或缺的重要工具,但在众多新兴的计算成像领域(如计算摄像、计算显微成像),降低光源的相干性,即部分相干光源在获得高信噪比、高分辨率的图像信息方面具有独特优越性。因此,部分相干光场的“表征”与“重建”两方面问题的重要性日益凸显,亟需引入光场相干性理论及相干测量技术来回答计算成像中“光应该是什么”和“光实际是什么”的两大关键问题。在此背景下,系统地综述了光场相干性理论及相干测量技术,从经典的关联函数理论与相空间光学理论出发,阐述了对应的干涉相干测量法与非干涉相干恢复法的基本原理与典型光路结构;介绍了由相干测量所衍生出的若干计算成像新体制及其典型应用,如光场成像、非干涉相位复原、非相干全息术、非相干合成孔径、非相干断层成像等;论述了相干测量技术现阶段所面临的问题与挑战,并展望了其未来的发展趋势。
激光与光电子学进展
2021, 58(18): 1811003
安徽大学农业生态大数据分析与应用技术国家地方联合工程研究中心, 安徽 合肥 230601
傅里叶叠层显微成像技术(FPM)是一种新型显微成像技术,该方法巧妙地结合了相位恢复算法和合成孔径的理念,解决了大视场与高分辨率难以兼备的问题。在传统计算中,往往将FPM成像过程近似为相干成像,即将LED视为点光源,进而相干传递函数作为最优解的频谱支持域约束。但是,严格来说,LED是扩展的非相干光源,因此这种不恰当的近似会降低重构图像质量。为此,通过探究FPM系统的相干性,提出了一种新的传递函数——基于贝塞尔函数加权的切趾相干(B-AC)传递函数作为支持域约束的方法,实验结果证明,B-AC约束更适配于FPM成像系统,可以明显减少相干传递函数约束时产生的振铃效应,使得重构图像质量和鲁棒性优于相干传递函数和切趾相干传递函数约束。
成像系统 相位恢复 傅里叶叠层显微成像 相干传递函数 相干成像 部分相干成像
华中光电技术研究所—武汉光电国家实验室, 湖北 武汉 430223
光刻空间像仿真作为各种计算光刻技术的基础,受到越来越多的重视.提出一种基于互强度傅里叶分析的光刻机投影成像快速模拟方法,从光刻成像互强度传播过程入手,基于傅里叶光学原理对成像要素进行多次空域-频域变换,得到一种快捷的空间像模拟途径.通过与标准解析空间像对比,发现该方法的计算精度可达10-4(最大光强归一化).该方法避免了部分相干成像的Hopkins方程中繁琐的积分运算,操作性强、计算精度高.该方法适用于各种灵活多变的曝光成像条件,具备广阔的工程应用前景.
部分相干成像 光刻机 空间像 傅里叶光学 仿真计算 partially coherent imaging optical lithography aerial image Fourier optics simulation
1 南昌航空大学信息工程学院, 南昌 330063
2 南京航空航天大学自动化学院, 南京 210016
结合曝光光源对称和矩阵计算的特点, 本文提出了一种快速的部分相干成像算法。根据部分相干光源对称的特点, 将光源离散为以光源中心为原点的不同半径的圆, 沿一条直线在每一个圆上采样, 从而将传统正交离散二维采样简化为一维沿半径采样, 减少了部分相干光源的采样数; 同时, 利用矩阵的点乘来加快计算速度。仿真计算结果表明, 在曝光光源采样数相同时, 采用沿半径采样方法的算法精度更高, 在要求计算精度相同时, 圆半径采样方法的采样数为传统正交采样方法 (N×N)的 1/N, 大大提高了算法的计算效率。
对称光源 采样 部分相干成像 计算效率 symmetric illuminate light source sampling partially coherent imaging computation efficiency
1 上海理工大学,光电学院,上海,200093
2 肇庆学院,物理系,广东,肇庆,526061
在共聚焦显微镜中,光源和探测器是有限大小的,成像过程是部分相干的,有必要分析光源对系统分辨能力的影响.首次利用部分相干成像理论分析了共聚焦显微镜成像过程,得到在相干光是点光源、均匀光源和高斯光源的情况下系统轴向光强.给出模拟结果,发现当光源和探测器都小于会聚透镜的艾利斑,且它在样品空间的数值孔径增大时,系统轴向分辨能力会提高且不受光源大小及光强分布的影响.
部分相干成像 共聚焦显微镜 点扩散函数 强度响应
1 四川大学物理系,成都,610064
2 中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室,成都,610209
基于部分相干成像和分数傅里叶变换,提出在投影光刻系统中,利用分数域滤波改善光刻图形质量的新方法.理论和模拟分析表明:在曝光成像系统中的适当位置加入分数域滤波器,能增强滤波操作的灵活性和效果,可更有效地改善光刻图形质量,为提高曝光系统的分辨力提供一种新的有效选择.
分数傅里叶域滤波 光学光刻 部分相干成像 瞳孔滤波
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室,长春,130022
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,长春,130022
根据光学成像理论,建立了部分相干成像光学系统的光学传递函数.该函数与非相干成像光学系统传递函数相同,因而部分相干成像和非相干成像两者的光学系统波面像差公差标准也是相同的.这一点解释了显微镜光学系统的光学设计惯用法则:镜头像差公差标准的选择,并不因为采用成像照明方式的不同而有所差异.
部分相干成像 光学传递函数 像质评价
中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室, 成都 610209
分析了投影光刻系统中部分相干成像的过程,结果表明部分相干成像的像强是相干成像的像强对光源上每一点互相干强度的权重和。得出了近年来改进照明条件提高分辨力的物理本质:部分相干成像系统是一个空间频率可变的系统,频率的调制是通过照明函数的变化来实现的。提出了进一步提高光刻分辨力的新途径。
部分相干成像 四极照明 环形照明 二元光栅照明
