(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210762398.7 (22)申请日 2022.06.30 (71)申请人 华中科技大 学 地址 430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路 1037号 (72)发明人 谷洪刚　李文杰　刘世元　刘力　 (74)专利代理 机构 武汉华之喻知识产权代理有 限公司 42 267 专利代理师 曹葆青　方放 (51)Int.Cl. G01N 21/47(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种离焦扫描的轴 向叠层衍射成像方法和 系统 (57)摘要 本发明公开了一种离焦扫描的轴 向叠层衍 射成像方法和系统， 属于相干衍射成像领域。 本 发明通过获取不同半径的照明探针与待测样品 相互作用后测量到的衍射光场强度信息， 再代入 至叠层衍射成像算法中， 迭代重构出待测样品的 复振幅分布信息和探针的复振幅分布信息， 不需 要探针的先验信息， 可同时实现探针和样品的高 分辨率重构， 且只需要数十个衍射场， 操作简便， 收敛迅速。 本发 明通过保持待测样品和探测器固 定不变， 平移装置带动聚焦透镜在特定范围内轴 向运动， 使得入射光斑尺寸变化的同时， 衍射场 数值孔径 不会随着探测器移动而减小， 待测样品 与不同扫描位置处的不同半径探针相互作用形 成空域上的重叠约束， 实现样品与探针同时高分 辨率重构。 权利要求书2页 说明书7页 附图4页 CN 115128042 A 2022.09.30 CN 115128042 A 1.一种离焦扫描的轴向叠层衍射成像方法， 其特征在于， 应用于轴向叠层衍射成像系 统， 包括： S1.获取不同半径的照明探针与待测样品相互作用后测量到的衍射光场强度信息、 聚 焦透镜的扫描位置数量 N和聚焦透 镜步进量d； S2.初始化初始探针和待测样品， n ＝1； S3.模拟光传播过程： 初始探针传播距离nd后 到达待测 样品表面形成照明探针， 照明探 针与待测样品作用形成出射光， 出射光传播至探测器平面， 获得第n个扫描位置模拟衍射光 场； S4.将第n个扫描位置模拟衍射光场的幅值替换为第 n个扫描位置测量到的衍射光场强 度信息， 保持其相位 不变， 得到第n个扫描位置更新后的模拟衍 射光场； S5.模拟光传播逆过程至待测样品： 更新后的衍射光场逆向传播至待测样品平面， 形成 第n个扫描位置更新后的出射 光； S6.根据更新前后出射 光， 同时更新待测样品、 第n个扫描位置的照明探针； S7.模拟光传播逆过程至初始探针： 第n个扫描位置更新后的照 明探针逆向传播nd， 更 新初始探针； S8.重复步骤S3 ‑S7， 直至完成所有扫描位置的模拟； S9.计算所有扫描位置的模拟衍射光场强度与测量到的衍射光场强度的均方根误差， 当均方根误差小于预设阈值时， 输出迭代后的初始探针、 待测样品的复振 幅信息， 否则， 转 入步骤S3 。 2.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 步骤S3中， 所述初始探针传播距离nd后到达 待测样品表面形成照明探针为： 其中， 表示光在自由空间的传播模型， 下 标nd表示传播距离为 n×d。 3.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 步骤S5中， 所述更新后的衍射光场逆向传播 至待测样品平面， 形成第n个更新后的出射 光Φ′n(q)为： 其中， In(q)表示第n个扫描位置处测量衍射光场 强度， Φn(q)表示第n个扫描位置处猜 测相干衍 射光场复振幅函数， q表示频域 二维坐标， |  |表示对矩阵中每 个元素取幅值。 4.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 步骤S6中， 所述同时更新待测样品、 第n个扫 描位置的照明探针： 其中， α和β 表示两个控制收敛速度的系数， 通常取值为0～ 1， *表示复矩阵的共轭运算， O(r)和Pn(r)表示更新前的待测样品和第n个扫描位置照明探针， O ′(r)和P′n(r)表示更新后权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115128042 A 2的待测样品和第n个扫描位置照明探针， |Pn(r)|max表示第n个扫描位置更新前照明探针矩 阵中各元素幅值的最大值， |O(r)|max表示更新前待测样品矩阵各 元素幅值的最大值。 5.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 步骤S7中， 所述更新后第 n个扫描位置的照明 探针逆向传播 nd， 更新初始探针为： 其中， 表示 的逆过程。 6.一种离焦扫描的轴向叠层衍射成像系统， 其特征在于， 包括： 聚焦透镜、 平移装置、 探 测器和成像装置， 其中， 所述聚焦透镜， 用于将入射光束沿轴向聚焦到待测样品表面， 所述待测样品位于聚焦 透镜与探测器之间； 所述平移装置与聚焦透镜连接， 用于带动聚焦透镜在第 一位置与第 二位置之间轴向运 动， 以提供不同半径的照明探针， 所述照明探针为到达待测样品表面的光束， 所述第一位置 不超过光阑的位置， 所述第二位置为不超过待测样品面向聚焦透镜一侧、 距离待测样品为 聚焦透镜的焦距的位置； 所述探测器， 用于记录不同半径的照明探针与待测样品相互作用后， 出射光的衍射光 场强度信息； 所述成像装置， 用于根据不同衍射光场强度信息进行计算成像， 获得待测样品的复振 幅分布信息和初始探针的复振幅分布信息 。 7.如权利要求6所述的系统， 其特 征在于， 所述成像装置包括： 处 理器和存 储器； 所述存储器用于存 储计算机程序或指令； 所述处理器用于执行存储器 中的所述计算机程序或指令， 使得权利要求1至5 中任一项 所述的方法被执 行。 8.如权利要求6或7所述的系统， 其特征在于， 聚焦透镜移动距离Nd满足： 10％f≤Nd≤ 30％f， 其中， f表示聚焦透 镜的焦距。 9.如权利要求6或7 所述的系统， 其特 征在于， 聚焦透 镜的扫描位置数量 N∈[5， 20]。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115128042 A 3