中國科學院上海光學精密機械研究所高功率激光物理聯合實驗室提出了基于分束編碼平均相干衍射成像新方案，可以實現高信噪比的單次曝光相位成像，相關研究成果以“Single-shot phase reconstruction based on beam splitting encoding and averaging”為題發(fā)表于Optics Express。

單次曝光相位成像在僅記錄一次衍射光斑的前提下，實現待測物體或者光束的相位測量，這對于在超快測量，高功率脈沖測量和超短脈沖單次測量等方面具有重要應用價值。一般單次曝光相位成像面臨信噪比低導致的分辨率低的問題，基于相干衍射成像的單次曝光相位成像理論上空間分辨率可以達到衍射極限，但是傳統的相干衍射算法由于冗余性低，影響了其收斂性能。

針對上述問題，研究人員提出了一種分束編碼平均相位成像技術（BSEA），在相干調制光路中引入分束光柵將待測光束分為不同角度的子光束，子光束之間加入了平均算法，并且每個子光束通過不同的編碼調制，因此等效為待測光束經過多次不同編碼調制，這有效提升了收斂性能和重建信噪比。另外由于經過多次不同的編碼調制，其對于編碼板的調制能力要求下降，可以使用稀疏編碼板實現高信噪比復振幅重建。

實驗中對生物樣品、振幅型分辨率板和相位臺階板進行了復振幅測量，其空間分辨率為6.2μm，達到了系統分辨極限，相位測量誤差優(yōu)于4.4%。該方法得益于高收斂性能，可以重建復雜待測波前，在超快現象相位測量，超短脈沖相位測量以及其他單次曝光相位重建領域具有重要的應用前景。

圖1.基于BSEA與直接成像的生物樣品相位測量對比圖。

圖2.基于BSEA與傳統方法的振幅分辨率板重建結果對比圖。

圖3.基于BSEA與傳統方法的相位臺階板重建結果對比圖。

相關工作得到了國家自然科學基金、中科院先導A項目、中國科學院科研儀器設備研制項目的支持。

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