基于双平面耦合相位恢复的无先验全息成像

    全息成像的带宽受限于系统数值孔径与相机的采样频率。离轴全息和同轴全息是两种典型的全息成像模式，离轴模式具有复振幅求解的数学完备性，但不能充分利用相机的像素带宽；同轴模式可充分利用像素采样带宽，实质是已知衍射强度图下的光学目标重建，性能受制于迭代投影面数目、初始相位、先验假设等信息。近日，清华大学曹良才教授课题组联合意大利国家科学委员会应用科学与智能系统研究所Pietro Ferraro教授团队，将同轴全息与离轴全息结合，利用离轴最优化初始相位，实现了快速、无先验、全带宽的定量相位测量，该研究内容于2022年1月以Dual-plane coupled phase retrieval for non-prior holographic imaging为题发表于 PhotoniX 上。

实验光路图

   本文所提出的 TwPCPR 方法通过引入离轴优化初始相位，降低了基于GS迭代的MPR算法中所需的投影数目以及对物体先验信息的依赖性，从而进一步避免迭代相位停滞问题，实现了双衍射平面下的快速、无先验、全带宽的定量复振幅重建。该方法结合了同轴和离轴全息术的各自优势，可对各种类型物体的复振幅场进行稳定重建，具有高相位重建精度。过程中无需引入有关物体的任何先验假设，包括支撑约束、非负约束、稀疏约束等，可应用于高分辨率波前传感。并且它可与现代显微系统相结合，实现定量复振幅显微成像。未来将进一步拓展其在波前传感、计算显微镜和生物组织分析中的应用。