專利名稱：中子干涉儀中位相恢復(fù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種干涉儀，特別是一種中子干涉儀中位相恢復(fù)方法，它在生物醫(yī)學(xué)、微電子、航空航天、精密計量、考古等學(xué)科中有著廣泛的應(yīng)用前景。
背景技術(shù)：
早在1936年，人們就發(fā)現(xiàn)了中子的波動特性，但只是在1945年之后，隨著核反應(yīng)堆技術(shù)的進步，中子衍射和干涉才得以應(yīng)用。我們知道，中子或者任何其它具有波動性質(zhì)的輻射源，只要其波長和原子之間的間距是一個數(shù)量級，都能用以研究固體中原子的空間排列，都能獲得原子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)信息。
根據(jù)波動理論，中子波長由下式給出λ＝h/mV式中，h為普朗克常數(shù)，m和V是中子的質(zhì)量和速度，顯然，中子的波長可以通過調(diào)節(jié)中子的速度而改變，而中子的衍射特性使人們很方便地用一塊或多塊晶體使其“單色”化，這一切都為中子干涉準(zhǔn)備了條件。
對于大部分重金屬，X射線穿透深度受到了限制，而中子卻大有作為，從某種意義上說，中子和X射線是相互補充的。特別要提出的是，氫元素對中子有較大的吸收。因此，中子對一些含氫有機材料的檢測，如潤滑油、塑料、金屬外殼內(nèi)的密封圈等很靈敏，對某些復(fù)雜的、要求非?？量痰?、運用在汽車行業(yè)上和宇航工業(yè)的大型重金屬元件，中子也非常有價值，特別在精密計量檢測中，中子干涉儀尤其有效。
由于中子的波長僅為可見光的千分之一量級，因此中子干涉儀要求具有高度的完美晶體準(zhǔn)直度和機械穩(wěn)定性，其誤差和振動幅度不超過10-2nm。人們在一整塊完美的晶體上制作這種干涉儀，因為其整體性，可以獲得極佳的實驗效果，能夠保證很高的準(zhǔn)直度和穩(wěn)定性。中子干涉儀由一整塊完美晶體分割成三塊平行放置，形成一個中子干涉儀。第一個晶體將經(jīng)過單色儀之后的中子束分束，分成透射波和衍射波，在對稱的實驗裝置安排中，在晶體準(zhǔn)確的布拉格位置上，兩束波的強度完全相等；中間晶體的作用類似于一個鏡子，將兩束光合束；第三個晶體則作為分析晶體。樣品放置在其中一束光的光路中，位于合束晶體和分析晶體之間，并由此引入相位變化，使波前發(fā)生畸變。將經(jīng)過樣品的物光與參考光干涉而產(chǎn)生干涉條紋，條紋對于探測光束經(jīng)過樣品之后產(chǎn)生的相移非常敏感。
通常很難保證，兩個中子束之間的夾角為零，因此所測得的位相分布疊加后在一組平行條紋之上，這給分析物體的相位分布帶來了困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述在先技術(shù)中存在的缺點，提出一種中子干涉儀中位相恢復(fù)的方法，從而去掉載波條紋，獲得物體位相分布的等高圖。
從物理光學(xué)中，我們已經(jīng)知道，雙光束干涉的干涉圖形強度分布，可以用下式表示I(x，y)＝a(x，y)+b(x，y)cos(2πf0x+Φ(x，y))(1)式中，f0為載波頻率，f0＝1/d，d為載波條紋的間距，干涉條紋間距由物光與參考光之間的夾角決定。所謂的載波條紋，就是在未放置待測樣品時，由干涉儀直接得到的干涉條紋。我們假設(shè)載波條紋平行于y軸，Φ(x，y)是因為待測樣品使入射中子束產(chǎn)生的位相偏移，a(x，y)是背景光強度，b(x，y)為圖像的襯度。由上式可知，干涉圖案是物體的位相分布疊加在載波條紋上形成的，對應(yīng)于物體位相分布的等高圖，即物體的位相分布使載波條紋發(fā)生偏折。
要得到樣品的位相分布，需要先消除干涉圖案上的載波條紋。下面我們采用傅立葉變換方法來實現(xiàn)這個目的。
我們將(1)式改寫成下面的指數(shù)形式I(x，y)＝a(x，y)+c(x，y)exp(i2πf0x)+c*(x，y)exp(-i2πf0x)(2)其中，c(x,y)=12b(x,y)exp(iΦ(x,y))---(3)]]>對(2)式進行一維傅立葉變換得到IF(f，y)＝aF(f，y)+cF(f-f0，y)+c*F(f+f0，y) (4)從(4)式可知，干涉場在傅立葉頻域中會出現(xiàn)三個相距較遠(yuǎn)的尖銳的波峰，他們彼此之間的距離為f0。左邊和右邊的波峰分別對應(yīng)于(4)式的第三項和第二項，只有這兩個波峰包含有待測物體的位相分布信息。我們可以單獨取出右邊的那個波峰，并對它作一維傅立葉逆變換得到c(x，y)，再根據(jù)(3)式就可以直接得到物體的位相分布。因此，為了從干涉圖形中恢復(fù)物體的位相，按以下幾個步驟進行1)拍攝一張不含有物體位相信息的中子干涉圖形；2)再拍攝一張含有物體信息的中子干涉圖形；3)將不含有物體位相信息的中子干涉圖形的照片放置在一4f光學(xué)系統(tǒng)中，拍攝一張空間頻譜照片，即載波條紋的空間頻譜，進行原位顯影、定影、吹干；4)在4f光學(xué)系統(tǒng)中，將不含有物體信息的中子干涉圖形照片取走，放置一張含有物體信息的中子干涉圖形，再進行光學(xué)信息處理，由于在4f系統(tǒng)中已放置一張含有載波條紋空間頻譜的照片，因此載波條紋將不能通過此光學(xué)系統(tǒng)，獲得的是一張物體位相信息的等高圖。
本發(fā)明的技術(shù)效果由于在先技術(shù)中，位相信息疊加在載波條紋上，因此不能通過中子干涉照片，獲得物體位相信息的等高圖，采用本發(fā)明克服了這一缺陷。
具體實施例方式
為了從干涉圖形中恢復(fù)物體的位相，按以下幾個步驟進行1)拍攝一張不含有物體位相信息的中子干涉圖形。
2)再拍攝一張含有物體信息的中子干涉圖形。
3)將不含有物體位相信息的中干涉圖形照片放置在4f光學(xué)系統(tǒng)中，拍攝一張空間頻譜照片，即載波條紋的空間頻譜，進行原位顯影、定影、吹干。
4)在4f光學(xué)系統(tǒng)中，將不含有物體信息的中子干涉圖形照片取走，放置一張含有物體信息的中子干涉圖形，再進行光學(xué)信息處理，由于在4f系統(tǒng)中已放置一張含有載波條紋空間頻譜的照片，因此載波條紋將不能通過此光學(xué)系統(tǒng)，獲得的是一張物體位相信息的等高圖。
權(quán)利要求
1.一種中子干涉儀中位相恢復(fù)方法，其特征在于包括以下步驟1)拍攝一張不含有物體位相信息的中子干涉圖形；2)再拍攝一張含有物體信息的中子干涉圖形；3)將不含有物體位相信息的中干涉圖形照片放置在4f光學(xué)系統(tǒng)中，拍攝一張空間頻譜照片，即載波條紋的空間頻譜，進行原位顯影、定影、吹干；4)在一4f光學(xué)系統(tǒng)中，將不含有物體信息的中子干涉圖形照片取走，放置一張含有物體信息的中子干涉圖形，再進行光學(xué)信息處理，由于在4f系統(tǒng)中已放置一張含有載波條紋空間頻譜的照片，因此載波條紋將不能通過此光學(xué)系統(tǒng)，獲得的將是一張物體位相信息的等高圖。
全文摘要
一種中子干涉儀中位相恢復(fù)方法，包括以下幾個步驟1)拍攝一張不含有物體位相信息的中子干涉圖形；2)再拍攝一張含有物體信息的中子干涉圖形；3)將不含有物體位相信息的中干涉圖形照片放置在4f光學(xué)系統(tǒng)中，拍攝一張空間頻譜照片，即載波條紋的空間頻譜，進行原位顯影、定影、吹干；4)在一4f光學(xué)系統(tǒng)中，將不含有物體信息的中子干涉圖形照片取走，放置一張含有物體信息的中子干涉圖形，再進行光學(xué)信息處理，由于在4f系統(tǒng)中已放置一張含有載波條紋空間頻譜的照片，因此載波條紋將不能通過此光學(xué)系統(tǒng)，獲得的將是一張物體位相信息的等高圖。
文檔編號G01N23/02GK1624462SQ200410093018
公開日2005年6月8日 申請日期2004年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月15日
發(fā)明者陳建文, 高鴻奕, 朱化鳳, 干慧菁, 李儒新, 徐至展 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所