专利摘要
一种新型的光学衍射模拟方法，1）激光器发出λ0的激光，并照明衍射物体；2）移动滑轨，调节光强探测器与衍射物体之间的衍射距离z，使z=λZ/λ0；其中，λ为待模拟光源的波长，Z为待模拟的衍射距离，λ0为激光器的波长；3）用光强探测器记录下衍射图样，该衍射图样即可模拟光源波长为λ、衍射距离为Z时待测样品的衍射图样。以及一种新型的光学衍射模拟装置，激光器、准直扩束器、待测样品、探测器轴向依次设置，待测样品安装在载物台上，使得激光器发出的平行光束经准直扩束器扩大后，垂直通过待测样品，并射入探测器的工作面；探测器通过带有刻度的滑轨安装在可移动平台上。本发明在衍射物体未知的情况下，仍可完成衍射模拟过程。
权利要求
1.一种新型的光学衍射模拟方法，用一种波长的光的衍射过程来模拟其他任意波长的光的衍射过程，其特征在于：
1）激光器发出波长为λ0的激光，并照明衍射物体；
2）移动滑轨，调节光强探测器与衍射物体之间的衍射距离z，使z=λZ/λ0；
其中，λ和Z分别为待模拟衍射过程所对应的波长和衍射距离，λ0为新型的光学衍射模拟方法中所采用的激光器波长；
3）用光强探测器记录下衍射图样，该衍射图样即为模拟得到的波长为λ、衍射距离为Z的衍射图样。
2.根据权利要求1所述的一种新型的光学衍射模拟方法，其特征在于，所述单色激光器的波长λ0可以任意选取。
3.根据权利要求1所述的一种新型的光学衍射模拟方法，其特征在于，所述单色激光器可选自氦氖激光器、半导体激光器或者固体激光器过其他任意类型的激光器。
4.根据权利要求1所述的一种新型的光学衍射模拟方法，衍射距离调节等于λZ/λ0。
5.一种用于实现权利要求1所述方法的装置，其特征在于，激光器（1）、准直扩束器（2）、待测样品（3）、探测器（4）沿轴向依次设置，待测样品（3）安装在载物台上，使得激光器（1）发出的平行光束经准直扩束器（2）扩大后，垂直通过待测样品（3），并射入探测器（4）的工作面；探测器（4）通过带有刻度的滑轨安装在可移动平台（5）上。
6.根据权利要求5所述的一种新型的光学衍射模拟装置，其特征在于，所述激光器（1）为单色激光器。
7.根据权利要求5所述的一种新型的光学衍射模拟装置，其特征在于，所述可移动平台（5）为一维可移动平台，探测器（4）在可移动平台（5）的滑轨内沿着入射光线的轴向移动。
说明书
技术领域
本发明涉及光学衍射模拟技术领域，具体涉及一种新型的光学衍射模拟方法及其装置。
背景技术
随着计算机技术的发展以及快速傅里叶变换算法的诞生现，在已知初始光场的情况下，人们可以准确的计算出任意波长的光在任意距离处的衍射图样。闻名于世的相位恢复算法[Opt. Lett. 3,27-29 (1978)]、相干衍射成像方法[Opt. Express 22, 12513–12523 (2014)，Optica 30, 9-14(2016), Nature 467, 436–439 (2010)]以及数字全息技术[Opt. Lett. 31,1414-1416, (2006); Opt. Lett. 34, 250-252, (2009)]都是基于衍射过程的计算机模拟技术而发展起来的。然而，虽然计算来进行光学衍射模拟方法有着巨大的优势，但也存在一定的巨大的瓶颈。例如，当初始光场未知（或物体的透过率函数未知的情形下），我们就无法应用计算机模拟的方法获取物体的衍射图样。
发明内容
为了克服现有技术的上述不足，本发明的目的是提供一种新型的光学衍射模拟方法及其装置。该发明与目前计算机光学模拟方法相比，优势在于，无需事先知道物体的透过率低函数分布；操作简单便捷，只需调节探测器与CCD的距离，直接拍摄得到物体的衍射图样即可。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种新型的光学衍射模拟方法，用一种波长的光（波长为λ0）的衍射过程来模拟其他任意波长的光的衍射过程，整个模拟过程包括以下步骤：
1）激光器发出波长为λ0的激光，并照明衍射物体；
2）移动滑轨，调节光强探测器与衍射物体之间的衍射距离z，使z=λZ/λ0；其中，λ和Z分别为待模拟衍射过程所对应的波长和衍射距离，λ0为新型的光学衍射模拟方法中所采用的激光器波长；
3）用光强探测器记录下衍射图样，该衍射图样即为波长为λ、衍射距离为Z的衍射图样。
所述单色激光器波长λ0可以任意选取。
所述单色激光器选自氦氖激光器、半导体激光器或者固体激光器。
衍射距离调节必须等于λZ/λ0。
以及一种新型的光学衍射模拟装置，包括激光器和探测器，其特征在于，激光器、准直扩束器、待测样品、探测器轴向依次设置，待测样品安装在载物台上，使得激光器发出的平行光束经准直扩束器扩大后，垂直通过待测样品，并射入探测器的工作面；探测器通过带有刻度的滑轨安装在可移动平台上。
所述探测器为CCD图像传感器。
所述可移动平台为一维可移动平台，探测器仅能在可移动平台的滑轨内沿着入射光线的轴向移动。
本发明与现有的发明相比存在以下优点：
1）本发明无需知道物体的透过率函数；计算机模拟需知道物体的透过率函数才能完成模拟，因而本发明能完成计算机所不能完成的模拟。
2）本发明结构简单，成本低，仅需一种波长的激光光源即可完成各种不同波段的计算机模拟。
3）本发明实时性高，仅需激光照射就可实时得到物体的衍射图样。
发明所公开新型光学模拟装置，可适用于在物体透过率函数未知情况下物体的衍射模拟。
附图说明
图1是本发明的光学衍射模拟系统的原理图；
图2是本发明的实验系列图。
图中，1为激光器；2为准直扩束器；3为待模拟样品；4为探测器；5为可移动平台。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的具体内容及实施过程，下面将结合说明书附图，对实施新型三步无透镜相干衍射成像方法的具体过程进行详细说明。
参照图1，一种新型的衍射模拟装置的光路系统，1为波长为λ的激光器；2为准直扩束器；3为透过率未知的物体；4为CCD图像传感器；5为一维可移动平台。采用波长为λ0单色激光器作为照明光源；透过率函数未知的物体放置在载物台；CCD用于记录物体的衍射图样；CCD和物体之间的距离可由一维移动平台调节；用CCD记录下物体的衍射图样。激光器产生激光后，光线经准直扩束系统后，垂直入射到衍射物体上。由于物体的细微结构的调制，光束发生衍射并传输到探测器上，探测记录下物体的衍射图样、并将成像图像传输给计算机。图1中，探测器和物体之间的距离可以通过调节带有刻度尺的滑轨来调节。
若用此装置来获取波长为λ1，衍射距离为Z的衍射图样分布。实施方式如下：
第一步：用λ0的激光照明物体。
第二步：移动滑轨，调节探测器与衍射物体之间的衍射距离，使其等于λ1Z/λ0。
第三部：用探测器记录下衍射图样I2(x,y)。根据菲涅尔衍射理论，I1(x,y)=I2(x,y)，其即为要获得衍射图样分布。（该衍射图样与待获取的波长为λ1，衍射距离为Z的衍射图样分布完全一致）。至此，模拟过程完成。
本发明的工作原理为：
I1(x,y)=I2(x,y)的原理证明如下：
不同波长的衍射光遵循统一的菲涅尔衍射公式。我们来看基本的菲涅尔衍射公式：
这里FT{}代表傅里叶变换，U0(x, y)表示物体的透过率函数，U(x, y)物体衍射图样的复振幅分布，λ表示波长，z表示衍射距离。考虑波长为λ1、衍射距离为z1和波长为λ2、衍射距离为z2两种衍射实例，依据方程（1）所示的菲涅尔方程，两种衍射实例下的菲涅尔衍射方程表述如下：
如果λ1z1=λ2z2，我们容易得到：
波长为λ1的光束对应的衍射图样的强度分布为I1(x, y)：
其中，U1(x, y)表示波长为λ1的光束对应的衍射图样的复振幅分布。
波长为λ2的光束对应的衍射图样的强度分布为I2(x, y)：
其中，U1(x, y)表示波长为λ1的光束对应的衍射图样的复振幅分布。
因而，波长为λ1和λ2对应的衍射图样I1(x,y)和I1(x,y)相等，即
所以，我们可以应用波长为λ1的光表示其他波长的光。
实施例1
利用本装置进行光学衍射模拟的实验结果如图2所示。图2系列图中，2a为衍射物体的透过率分布，2a中不同灰度表示不同的透过率，其中白色分布表示此处为完全透光，黑色部分表示此处为完全不透光。灰度值越低，表示此处透光率越差。灰度值越高，表示此处透光率越好。
本实施例中，采用氦氖激光器作为照明光源，氦氖激光器的波长为632.8nm。图2b为物体在绿色激光532nm照明下，衍射距离为356mm所对应的衍射图样。2c为用本装置进行模拟的衍射图样（氦氖激光照明，衍射距离等于300mm）。对比图2d和图2e，可以看出的衍射图样高度一致，这说明绿光的衍射图样，我们用本装置（红光照明）依然可以得到。同理，图2d物体在蓝色激光为473nm照明下、衍射距离为401mm所对应的衍射图样。图2e为用此装置进行模拟的衍射图样（氦氖激光照明，衍射距离等于300mm）。对于图2d和图2e，可以看出的衍射图样高度一致。蓝光的衍射图样，我们用本装置（红光照明）依然可以得到。以上实验效果体现了本方案良好的模拟效果。
一种新型的光学衍射模拟方法及其装置专利购买费用说明
Q：办理专利转让的流程及所需资料
A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。
1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2：按规定缴纳著录项目变更手续费。
3：同时提交相关证明文件原件。
4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q：专利转让变更，多久能出结果
A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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