肖中粲，潘永华，高惠滨

（南京大学物理学院，江苏南京210093）

1 引 言

光从物体中透射后会携带该物质性质的相关信息，所以分析出射光的各个参量对研究物质性质有很重要的意义.光所携带的信息主要是相位和振幅两部分，现有的所有感光器件包括人眼都只对光强发生反应，也就是振幅的模平方.如果是相位物体，由于其各处振幅透射率相同，光透射过后就只有相位部分变化，因此直接测量相位物透射光是不可行的，必须将相位信息转化为振幅信息，从而使相位物的像可视化[1－2].相位物样品的结构信息主要体现在折射率或厚度的不均匀[3]，在生物科学、材料科学和凝聚态物理中广泛存在，如活细胞、一些晶体微粒和流体中的湍流等，所以相位物可视化有很重要的研究价值.

几种常见的相位物可视化方法包括暗场法、纹影法、相衬法和微分法.James Hooke首先演示过纹影法的作用，Toepler和Schardin推广了这一方法[4]；荷兰格罗宁根大学的Frits Zernike于1935年提出相衬法，并于1941年发明了第一台相衬显微镜[1]，1953年还因此获得Nobel物理学奖；1971年S.K.Yao和S.H.Lee则提出利用复合光栅在频谱面空间滤波实现微分运算[5]，也实现了相位物可视化.

本文从理论、实验和数值模拟3个方面对4种常见相位物可视化方法进行了分析比较，得出了各种方法的优劣点和适用范围，提出了利用低频正弦光栅替代复合光栅滤波，用三重干涉实现效果上类似微分运算的图像处理方法，最终实现相位物可视化.

2 基本理论

在图1所示的凸透镜成像光路中，透镜对物光有傅里叶变换的作用[3]：