CN118883434A - 基于偏振复用调制的扫描定量相位显微装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于偏振复用调制的扫描定量相位显微装置，包括激光焦点扫描模块、偏振复用调制模块和图像采集模块，其中，激光焦点扫描模块产生对待测样品进行逐点扫描照明的准直光束；偏振复用调制模块对准直光束沿X轴方向和Y轴方向进行偏振调制，利用相位型空间光调制器对沿Y轴方向的线偏振光进行调制，通过在相位型空间光调制器上加载沿X轴方向或沿Y轴方向产生剪切偏移的预定相位调制图案，获得携带有样品不同点处复反射率信息的反射光；图像采集模块获得沿X轴剪切方向和沿Y轴剪切方向的多张扫描微分干涉相移图。本发明通过将相位型空间光调制器与激光焦点扫描照明结合，实现了扫描微分干涉测量，有效避免了空间衍射串扰问题。
Description
技术领域
本发明属于光学显微成像技术领域，具体涉及一种基于偏振复用调制的扫描定量相位显微装置和方法，用于对不透明样品进行无标记、高对比度的定量相位检测。
背景技术
定量相位显微技术(Quantitative Phase Microscopy,QPM)是一种高分辨率且高灵敏度的无标记检测技术，其无需荧光标记就可对待测样品实现原位检测，具有非常宽广的应用前景，例如，在生命医学研究中通过捕捉细胞器的动态及相互作用来研究生命现象的机理；以及在工业检测中通过探测微纳器件的表面形貌来表征加工精度。定量相位显微技术通过恢复照明光束经过待测样品时发生的相位变化来对样品进行高对比度的成像。
在近十年的发展中，不同的相位恢复算法和成像系统被先后提出，用于对透明样品和不透明样品进行定量检测，例如，数字全息显微技术、基于光强传输方程的定量相位显微技术、基于非对称照明且去卷积处理的定量相位显微技术、傅里叶叠层显微技术、定量相衬显微技术、以及定量微分干涉相衬显微技术等。这些熟知的定量相位显微技术都是基于宽场成像实现的，也就是用一个面阵的相机同时记录样品各个点处的光强信息。因此，基于宽场成像的定量相位显微成像技术不可避免地存在空间衍射串扰问题。这不仅会影响成像的对比度，还会产生图像伪影，从而影响检测精度。
为了避免宽场成像中存在的空间衍射串扰问题，科研人员提出了基于离轴干涉的扫描数字全息显微技术，首次实现了扫描式定量相位成像，并对硅晶片表面的微器件进行了高精度检测。随后，科研人员将扫描数字全息显微技术与原子力显微技术相结合，实现了更高分辨的扫描定量相位成像。但是，离轴干涉的光学结构使扫描式定量相位成像技术对外界扰动的免疫性很差，因此，成像质量极易受到影响。为了提高扫描式定量相位成像的稳定性，科研人员提出了基于Mirau干涉物镜的扫描共聚焦数字全息显微技术，使物光和参考光发生共路径干涉，极大地提高了系统对外界干扰的免疫性。但是，Mirau干涉物镜的使用不仅增加了系统的成本，还极大地限制了成像系统与其他成像模式的耦合，限制了其应用范围。
最近，科研人员提出了基于Nomarski棱镜和Wollaston棱镜(瓦拉斯顿)的扫描定量相位显微技术。该显微技术不仅避免了空间衍射串扰问题，还保证了成像的稳定性。同时，该显微技术还继承了微分干涉相衬显微技术高轴向分辨率的特点。但是，这种成像技术需要一个Nomarski棱镜和一个Wollaston棱镜来进行精准的匹配，这不仅极大地增加了系统搭建和维护的难度，还使其无法和别的成像模式进行有效地耦合。另外，这种成像技术只能实现单一方向的剪切干涉，需要复杂的图像处理才能去除图像伪影。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于偏振复用调制的扫描定量相位显微装置和方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明提供了一种基于偏振复用调制的扫描定量相位显微装置，包括激光焦点扫描模块、偏振复用调制模块和图像采集模块，其中，
所述激光焦点扫描模块用于产生能够对待测样品进行逐点扫描照明的准直光束；
所述偏振复用调制模块用于对所述准直光束沿相互垂直的X轴方向和Y轴方向进行偏振调制，利用相位型空间光调制器对沿Y轴方向偏振的线偏振光进行调制，通过在所述相位型空间光调制器上加载沿X轴方向或沿Y轴方向发生剪切偏移的预定相位调制图案，获得携带有样品不同点处复反射率信息的反射光，其中，所述X轴方向与所述Y轴方向所在平面垂直于所述偏振复用调制模块的光轴方向；
所述图像采集模块用于利用所述携带有样品不同点处复反射率信息的反射光获得沿X轴剪切方向的多张扫描微分干涉相移图和沿Y轴剪切方向的多张扫描微分干涉相移图。
在本发明的一个实施例中，所述激光焦点扫描模块包括激光器以及沿所述激光器的光轴方向依次设置的第一薄透镜、第二薄透镜、扫描振镜、第三薄透镜、第四薄透镜和非偏振分光棱镜，其中，
所述第一薄透镜和所述第二薄透镜组成共焦系统，用于扩大所述激光器发射的准直光束的口径；
所述扫描振镜用于控制来自所述第二薄透镜的准直光束的传播方向，以在成像视野范围内对待测样品进行逐点扫描照明；
所述第三薄透镜和所述第四薄透镜组成共焦系统，用于形成更大口径的准直光束，所述扫描振镜的工作中心位于所述第三薄透镜的前焦面；
所述非偏振分光棱镜用于将来自所述第四薄透镜的更大口径的准直光束反射至所述偏振复用调制模块。
在本发明的一个实施例中，所述扫描振镜为二维线性振镜系统，包括两个反射镜；所述非偏振分光棱镜是分束比为50:50的分束立方。
在本发明的一个实施例中，所述偏振复用调制模块包括沿所述激光焦点扫描模块出射的光束的光轴方向依次设置的线偏振片、相位型空间光调制器、第五薄透镜、第六薄透镜和显微物镜，其中，
所述线偏振片能够将来自所述激光焦点扫描模块的准直光束等功率地分为沿X轴方向线偏振的准直光束和沿Y轴方向线偏振的准直光束；
所述相位型空间光调制器位于所述第四薄透镜与所述第五薄透镜的共焦面处，能够对沿Y轴方向线偏振的准直光束进行调制作用，获得沿Y轴方向偏振且传播方向发生偏移的准直光；
所述第五薄透镜和所述第六薄透镜构成共焦系统，所述沿Y轴方向偏振且传播方向发生偏移的准直光聚焦在所述第五薄透镜与所述第六薄透镜的共焦面处形成Y偏振聚焦光；
所述第六薄透镜和所述显微物镜组成共焦系统，所述待测样品设置在所述显微物镜的物方焦面上，所述Y偏振聚焦光经过所述第六薄透镜和所述显微物镜组成的共焦系统后采集所述待测样品上一个点处的复反射率信息，并以发散光的形式被所述显微物镜收集以形成Y偏振点复振幅；
所述沿X轴方向线偏振的准直光束直接穿过所述相位型空间光调制器并聚焦在所述第五薄透镜与所述第六薄透镜的共焦面处，形成X偏振聚焦光；所述X偏振聚焦光经过所述第六薄透镜和所述显微物镜组成的共焦系统后采集所述待测样品上另一点处的复反射率信息，并以发散光的形式被所述显微物镜收集，形成X偏振点复振幅。
在本发明的一个实施例中，所述相位型空间光调制器还用于：对从所述待测样品反射回的由所述Y偏振点复振幅衍生的准直光再次进行调制；
由所述Y偏振点复振幅衍生的准直光经过所述相位型空间光调制器的再次调制后，能够与由所述X偏振点复振幅衍生的准直光完全重合，并且通过第七薄透镜(14)的聚焦作用在所述图像采集模块上实现单点微分干涉检测。
在本发明的一个实施例中，在所述相位型空间光调制器上加载沿X轴方向产生剪切偏移的预定相位调制图案，并对所述沿X轴方向产生剪切偏移的预定相位调制图案依次添加0π、0.25π、0.5π和0.75π的相位值；
在所述相位型空间光调制器上加载沿Y轴方向产生剪切偏移的预定相位调制图案，并对所述沿Y轴方向产生剪切偏移的预定相位调制图案依次添加0π、0.25π、0.5π和0.75π的相位值；并且，
在所述相位型空间光调制器上加载每一张相位调制图案时，通过控制所述扫描振镜，能够对成像视野范围内的所述待测样品进行逐点扫描照明，并由所述图像采集模块进行全局曝光，从而在所述图像采集模块上获得沿X轴剪切方向的四张扫描微分干涉相移图以及沿Y轴剪切方向的四张扫描微分干涉相移图。
在本发明的一个实施例中，所述相位型空间光调制器为透射式相位型空间光调制器或反射式相位型空间光调制器。
在本发明的一个实施例中，在对所述待测样品进行扫描照明时，所述第六薄透镜与所述显微物镜之间的准直光束始终充满所述显微物镜的光瞳口径，所述显微物镜的光瞳口径位于所述显微物镜与所述第六薄透镜的共焦面处。
本发明的另一方面提供了一种基于偏振复用调制的扫描定量相位显微方法，包括：
S1：利用上述实施例中任一项所述的基于偏振复用调制的扫描定量相位显微装置获得沿X轴剪切方向的四张扫描微分干涉相移图和沿Y轴剪切方向的四张扫描微分干涉相移图；
S2：利用所述X轴剪切方向的四张扫描微分干涉相移图获得待测样品沿X轴剪切方向的相位梯度分布；
S3：利用所述Y轴剪切方向的四张扫描微分干涉相移图获得待测样品沿Y轴剪切方向的相位梯度分布；
S4：根据所述沿X轴剪切方向的相位梯度分布和所述沿Y轴剪切方向的相位梯度分布，获得待测样品的相位分布信息。
在本发明的一个实施例中，所述S1包括：
在所述相位型空间光调制器上加载沿X轴方向产生剪切偏移的预定相位调制图案，并对所述沿X轴方向产生剪切偏移的预定相位调制图案依次添加0π、0.25π、0.5π和0.75π的相位值；
在所述相位型空间光调制器上加载沿Y轴方向产生剪切偏移的预定相位调制图案，并对所述沿Y轴方向产生剪切偏移的预定相位调制图案依次添加0π、0.25π、0.5π和0.75π的相位值；并且，
在所述相位型空间光调制器上加载每一张相位调制图案时，通过控制所述扫描振镜，对成像视野范围内的所述待测样品进行逐点扫描照明，并由所述图像采集模块进行全局曝光，从而在所述图像采集模块上获得沿X轴剪切方向的四张扫描微分干涉相移图以及沿Y轴剪切方向的四张扫描微分干涉相移图。
与现有技术相比，本发明的有益效果有：
本发明提出了一种基于偏振复用调制的扫描定量相位显微装置和方法，具有以下优点：首先，该装置不需要特殊的棱镜和特殊的物镜，通过将激光焦点扫描照明与相位型空间光调制器的偏振调制特性相结合，实现了逐点扫描照明的定量相位成像；在所提装置中，用于实现扫描微分干涉测量的两束偏振光历经完全相同的光学器件，因此本发明装置对外界扰动具有非常好的抵抗性；其次，逐点扫描的检测方式避免了宽场成像中存在的空间衍射串扰问题，避免了图像伪影，提高了信噪比和检测精度。因此，本发明所提的扫描定量相位显微装置可以很容易地与荧光显微技术及其他定量相位显微技术进行耦合，实现多模式成像。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于偏振复用调制的扫描定量相位显微装置的光路结构示意图；
图2是本发明实施例提供的另一种基于偏振复用调制的扫描定量相位显微装置的光路结构示意图；
图3是在沿X轴方向产生剪切偏移的情况下，相位型空间光调制器加载的四张相位调制图案；
图4是在沿Y轴方向产生剪切偏移的情况下，相位型空间光调制器加载的四张相位调制图案；
图5是本发明实施例提供的一种模拟样品的真实相位分布和幅值分布；
图6是利用传统的宽场反射式定量微分干涉显微技术获得的样品相位梯度分布；
图7是利用传统的宽场反射式定量微分干涉显微技术获得的样品的相位分布；
图8是利用本发明实施例提出的基于偏振复用调制的扫描定量相位显微装置获得的样品相位梯度分布；
图9是利用本发明实施例提出的基于偏振复用调制的扫描定量相位显微装置获得的样品的相位分布；
图10是沿着图7(虚线)和图9(实线)水平中心线的相位分布；
图11是利用激光宽场照明下的传统反射式定量微分干涉显微技术得到的硅晶片表面定量相位图像；
图12是利用LED宽场照明下的传统反射式定量微分干涉显微技术得到的硅晶片表面定量相位图像；
图13是利用本发明实施例提出的基于偏振复用调制的扫描定量相位显微装置得到的硅晶片表面定量相位图像。
附图标记说明：
1-激光器；2-第一薄透镜；3-第二薄透镜；4-扫描振镜；5-第三薄透镜；6-第四薄透镜；7-非偏振分光棱镜；8-线偏振片；9-相位型空间光调制器；10-第五薄透镜；11-第六薄透镜；12-显微物镜；13-待测样品；14-第七薄透镜；15-图像采集模块。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本发明提出的一种基于偏振复用调制的扫描定量相位显微装置和方法进行详细说明。
有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明的技术方案加以限制。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
实施例一
请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种基于偏振复用调制的扫描定量相位显微装置的光路结构示意图。该扫描定量相位显微装置包括激光焦点扫描模块、偏振复用调制模块和图像采集模块，其中，激光焦点扫描模块用于产生能够对待测样品进行逐点扫描照明的准直光束；偏振复用调制模块用于对准直光束沿相互垂直的X轴方向和Y轴方向进行偏振调制，利用相位型空间光调制器对沿Y轴方向偏振的线偏振光进行调制，通过在相位型空间光调制器上加载沿X轴方向或沿Y轴方向发生剪切偏移的预定相位调制图案，获得携带有样品不同点处复反射率信息的反射光，其中，X轴方向与Y轴方向所在平面垂直于偏振复用调制模块的光轴方向；图像采集模块用于利用携带有样品不同点处复反射率信息的反射光获得沿X轴剪切方向的多张扫描微分干涉相移图和沿Y轴剪切方向的多张扫描微分干涉相移图。
在本实施例中，激光焦点扫描模块包括激光器1以及沿激光器1的光轴方向依次设置的第一薄透镜2、第二薄透镜3、扫描振镜4、第三薄透镜5、第四薄透镜6和非偏振分光棱镜7，其中，第一薄透镜2和第二薄透镜3组成共焦系统，用于扩大激光器1发射的准直光束的口径；扫描振镜4用于控制来自第二薄透镜3的准直光束的传播方向，以在成像视野范围内对待测样品13进行逐点扫描照明，第三薄透镜5和第四薄透镜6组成共焦系统，用于形成更大口径的准直光束，扫描振镜4的工作中心位于第三薄透镜5的前焦面；非偏振分光棱镜7用于将来自第四薄透镜6的更大口径的准直光束反射至偏振复用调制模块。
具体地，激光器1发出的小口径准直光经过由第一薄透镜2和第二薄透镜3组成的共焦系统后产生大口径的准直光束。该大口径的准直光束进入扫描振镜4后其传播方向由扫描振镜4进行控制。从扫描振镜4出射的准直光束经过由第三薄透镜5和第四薄透镜6组成的共焦系统后产生更大口径的准直光束，并射入非偏振分光棱镜7中。扫描振镜4的工作中心位于第三薄透镜5的前焦面，即扫描振镜4的慢轴反射镜的中心位于第三薄透镜5的前焦面。
本实施例的激光器1采用中心波长为488纳米的蓝色激光器。为了获得足够小的聚焦点，第一薄透镜2选用放大率为20倍的消色差物镜，数值孔径为0.4，第二薄透镜3选用焦距为125毫米的双胶合消色差透镜。扫描振镜4是二维高速线性振镜系统，包括两个反射镜。第三薄透镜5是焦距为75毫米的两英寸双胶合消色差透镜。第四薄透镜6是焦距为300毫米的两英寸双胶合消色差透镜。非偏振分光棱镜7是分束比为50:50的分束立方。
进一步地，本实施例的所述偏振复用调制模块包括沿所述激光焦点扫描模块出射的光束的光轴方向依次设置的线偏振片8、相位型空间光调制器9、第五薄透镜10、第六薄透镜11和显微物镜12。经过非偏振分光棱镜7的反射作用后，50％的准直光被反射进入偏振复用调制模块。被反射的准直光穿过线偏振片8后射入位于第四薄透镜6与第五薄透镜10的共焦面处的相位型空间光调制器9中。线偏振片8的起偏方向与X轴正方向(图1中垂直纸面向外)和Y轴正方向(图1中纸面内竖直向上)均呈45°，因此，线偏振片8能够将来自激光焦点扫描模块的准直光束等功率地分为沿X轴方向线偏振的准直光束和沿Y轴方向线偏振的准直光束。
相位型空间光调制器9位于第四薄透镜6与第五薄透镜10的共焦面处，相位型空间光调制器9对光场的调制具有偏振选择性，在本实施例中，相位型空间光调制器9只对沿Y轴方向(快轴)的线偏振光起作用。因此，沿X轴方向线偏振的准直光不会受到相位型空间光调制器9的调制作用，其直接穿过相位型空间光调制器9后，在第五薄透镜10的会聚作用下聚焦在第五薄透镜10与第六薄透镜11的共焦面(图1中以实线表示)。为了便于描述，此聚焦光束被简称为X偏振聚焦光。该X偏振聚焦光经过由第六薄透镜11和显微物镜12组成的共焦系统的传播后，聚焦到处于显微物镜12物方焦面的待测样品13上，并采集待测样品13上某点处的复反射率信息，然后以发散光的形式被显微物镜12收集。为便于描述，此时在该点产生的复振幅被简称为X偏振点复振幅。
与此同时，入射到相位型空间光调制器9中沿Y轴方向线偏振的准直光受到相位型空间光调制器9的调制作用，其传播方向发生偏移，如图1中虚线所示。经过第五薄透镜10的会聚作用后，沿Y轴方向偏振且传播方向发生偏移的准直光聚焦在第五薄透镜10和第六薄透镜11的共焦面。为了便于描述，此聚焦光束被简称为Y偏振聚焦光。此时，相比于前述X偏振聚焦光，Y偏振聚焦光发生了剪切偏移。该剪切偏移的方向和距离由加载在相位型空间光调制器9上的预定相位调制图案控制，一般取X方向和Y方向。同样，Y偏振聚焦光经过由第六薄透镜11和显微物镜12组成的共焦系统的传播后，聚焦到处于显微物镜12物方焦面的待测样品13上，并采集待测样品13上某点处的复反射率信息，然后以发散光的形式被显微物镜12收集。为便于描述，此时，在该点产生的复振幅被简称为Y偏振点复振幅。
需要说明的是，由于Y偏振聚焦光相对于X偏振聚焦光存在剪切偏移，因此，Y偏振点复振幅相对于X偏振点复振幅也存在剪切偏移。这也就意味着X偏振点复振幅和Y偏振点复振幅分别携带有待测样品面上两个不同点处的复反射率信息，而这两个点之间的位置由加载在相位型空间光调制器9上的预定相位调制图案决定。需要说明的是，为了实现有效的微分干涉检测，该剪切偏移的距离被设定为垂直照明下该扫描定量相位显微装置的横向空间分辨率的一半。
在本实施例中，光波经过线偏振片8以后波前变形小于1/4波长。相位型空间光调制器9的液晶切换时间为2毫秒，其相位调制分辨率为8比特。第五薄透镜10是焦距250毫米的两英寸双胶合消色差透镜。第六薄透镜11是焦距200毫米的镜筒透镜。显微物镜12是放大倍率为20X的平场消色差物镜。
本实施例的相位型空间光调制器9为透射式相位型空间光调制器。在本发明的另一实施例中，该相位型空间光调制器9选择为反射式相位型空间光调制器，如图2所示，其他所有器件与图1完全一样。因此，被透射式相位型空间光调制器9透射调制的所有光束在图2中被反射式相位型空间光调制器9反射调制，而图2中的其他所有器件之间的光束传播与图1完全一致。因此，图2中的光束传播不再进行仔细描述。
进一步地，相位型空间光调制器9还用于：对从待测样品13反射回的由Y偏振点复振幅衍生的准直光再次进行调制；由Y偏振点复振幅衍生的准直光经过相位型空间光调制器9的再次调制后能够与由X偏振点复振幅衍生的准直光完全重合。
具体地，在待测样品面上，具有X偏振点复振幅和Y偏振点复振幅的两束发散光同时经过显微物镜12、第六薄透镜11以及第五薄透镜10的准直、会聚和准直作用后，共同射入相位型空间光调制器9中。其中，由X偏振点复振幅衍生的准直光(图1中实线所示)直接穿过相位型空间光调制器9且不受其调制。与此同时，由Y偏振点复振幅衍生的准直光(图1中虚线所示)再次受到相位型空间光调制器9的调制作用，然后与直接穿过相位型空间光调制器9且由X偏振点复振幅衍生的准直光完全重合。它们同时穿过线偏振片8和非偏振分光棱镜7，然后被第七薄透镜14聚焦至其后焦面处。此时，它们完全重叠在一起，并且发生相干叠加，然后被第七薄透镜14后焦面处的图像采集模块15探测，以实现单点微分干涉检测。需要说明的是，此时图像采集模块15只在某个位置采集到强度值，并且该强度值是扫描振镜4处于某一个角度时，样品面上存在剪切偏移的两个点之间的微分干涉强度值，也就是X偏振点复振幅和Y偏振点复振幅之间的干涉强度值。第七薄透镜14是焦距为300毫米的两英寸双胶合消色差透镜。图像采集模块15选为sCOMS相机，单个像素的尺寸为6.5微米×6.5微米。
为了获得成像视野范围内待测样品面上各个位置的微分干涉强度值，在图像采集模块的一次曝光时间内，相位型空间光调制器9加载的预定相位调制图案保持不变，同时，对扫描振镜4进行控制，在成像视野范围内对待测样品进行逐点扫描照明。如此，在成像视野范围内就实现了对待测样品的逐点扫描微分干涉测量。值得注意的是，此时图像采集模块15记录到的强度分布只包含沿X轴方向或沿Y轴方向的样品相位梯度的余弦值。为了定量获得样品的相位梯度分布，相位型空间光调制器9在加载沿X轴方向或沿Y轴方向产生剪切偏移的预定相位调制图案的同时，其所有像素额外分别加0、0.25π、0.5π以及0.75π的相位值。
具体地，在相位型空间光调制器9上加载沿X轴方向产生剪切偏移的预定相位调制图案，并对沿X轴方向产生剪切偏移的预定相位调制图案依次添加0π、0.25π、0.5π和0.75π的相位值；在相位型空间光调制器9上加载沿Y轴方向产生剪切偏移的预定相位调制图案，并对沿Y轴方向产生剪切偏移的预定相位调制图案依次添加0π、0.25π、0.5π和0.75π的相位值；并且，在相位型空间光调制器9上加载每一张相位调制图案时，通过控制扫描振镜4，在成像视野范围内对待测样品13进行逐点扫描照明，并由图像采集模块进行全局曝光，从而在图像采集模块上获得沿X轴剪切方向的四张扫描微分干涉相移图以及沿Y轴剪切方向的四张扫描微分干涉相移图。
也就是说，对于沿X轴方向产生剪切偏移的情况，相位型空间光调制器9先后加载四张相位调制图案：沿X轴方向产生剪切偏移的预定相位调制图案、沿X轴方向产生剪切偏移的预定相位调制图案+0.25π、沿X轴方向产生剪切偏移的预定相位调制图案+0.5π、以及沿X轴方向产生剪切偏移的预定相位调制图案+0.75π。在相位型空间光调制器9分别加载这四张相位调制图案的同时，对扫描振镜4进行控制，在成像视野范围内对待测样品进行逐点扫描照明，并由图像采集模块15进行全局曝光，从而获得沿X轴剪切方向的四张扫描微分干涉相移图。再通过简单的三角函数计算，就可定量获得沿X轴剪切方向样品的相位梯度分布。
对于沿Y轴方向产生剪切偏移的情况，相位型空间光调制器9先后加载四张相位调制图案：沿Y轴方向产生剪切偏移的预定相位调制图案、沿Y轴方向产生剪切偏移的预定相位调制图案+0.25π、沿Y轴方向产生剪切偏移的预定相位调制图案+0.5π、以及沿Y轴方向产生剪切偏移的预定相位调制图案+0.75π。在相位型空间光调制器9分别加载这四张相位调制图案的同时，对扫描振镜4进行控制，在成像视野范围内对待测样品进行逐点扫描照明，并由图像采集模块15进行全局曝光，从而获得沿Y轴剪切方向的四张扫描微分干涉相移图。再通过简单的三角函数计算，就可定量获得沿Y轴剪切方向样品的相位梯度分布。在获得沿X轴剪切方向和沿Y轴剪切方向上样品的相位梯度分布后，再利用Frankot-Chellappa公式即可定量获得待测样品的相位分布信息。
需要说明的是，在对待测样品进行扫描照明的过程中，第六薄透镜11和显微物镜12之间的准直光束始终充满显微物镜12的光瞳口径，如图1所示。另外，显微物镜12的光瞳口径位于显微物镜12和第六薄透镜11的共焦面。显微物镜12的光瞳口径经过由第六薄透镜11和第五薄透镜10组成的共焦系统成像后，被相位型空间光调制器9的工作面完全覆盖。
实施例二
在实施例一的基础上，本实施例还提供了一种基于偏振复用调制的扫描定量相位显微方法，包括：
S1：利用基于偏振复用调制的扫描定量相位显微装置获得沿X轴剪切方向的四张扫描微分干涉相移图和沿Y轴剪切方向的四张扫描微分干涉相移图。
S2：利用X轴剪切方向的四张扫描微分干涉相移图获得待测样品沿X轴剪切方向的相位梯度分布。
S3：利用Y轴剪切方向的四张扫描微分干涉相移图获得待测样品沿Y轴剪切方向的相位梯度分布。
S4：根据沿X轴剪切方向的相位梯度分布和沿Y轴剪切方向的相位梯度分布，获得待测样品的相位分布信息。
进一步地，步骤S1包括：
在相位型空间光调制器上加载沿X轴方向产生剪切偏移的预定相位调制图案，并对沿X轴方向产生剪切偏移的预定相位调制图案依次添加0π、0.25π、0.5π和0.75π的相位值；在相位型空间光调制器上加载沿Y轴方向产生剪切偏移的预定相位调制图案，并对沿Y轴方向产生剪切偏移的预定相位调制图案依次添加0π、0.25π、0.5π和0.75π的相位值；并且，在相位型空间光调制器上加载每一张相位调制图案时，通过控制扫描振镜，对成像视野范围内的待测样品进行逐点扫描照明，并由图像采集模块进行全局曝光，从而在图像采集模块上获得沿X轴剪切方向的四张扫描微分干涉相移图以及沿Y轴剪切方向的四张扫描微分干涉相移图。
进一步地对于本发明实施例的基于偏振复用调制的扫描定量相位显微装置，其详细的成像机理如下所述。为了简化分析和便于表达，令所有透镜(第一透镜至第七透镜)及显微物镜的焦距为f，也就是令成像系统各处的放大率均为1，并令光学系统的轴线为Z轴(纸面内水平向左为正方向)。以Z轴与样品面的交点为原点，在样品面建立X-Y平面坐标系，其中，垂直纸面向外为X轴正方向，纸面内竖直向上为Y轴正方向。以相位型空间光调制器9的工作面与Z轴的交点为原点，在相位型空间光调制器9的工作面建立X’-Y’平面坐标系，其中，垂直纸面向外为X’轴正方向，纸面内竖直向上为Y’轴正方向。以图像采集模块15的工作面与Z轴的交点为原点，在图像采集模块15的工作面建立X”-Y”平面坐标系，其中，垂直纸面向外为X”轴正方向，纸面内竖直向上为Y”轴正方向。以显微物镜12的光瞳面与Z轴的交点为原点，在显微物镜12的光瞳面建立X”’-Y”’平面坐标系，其中，垂直纸面向外为X”’轴正方向，纸面内竖直向上为Y”’轴正方向。
为了保证样品面上扫描焦点具有足够小的尺寸，本发明实施例所使用的光源是相干性非常好的激光器，其中心波长为λ。激光器1、第一薄透镜2、第二薄透镜3、扫描振镜4、第三薄透镜5、第四薄透镜6组成的扫描系统用于产生沿不同方向传播的准直光，因此，在原理性分析时不再分析激光器1至第四薄透镜6之间的具体光束传播过程。
经过非偏振分光棱镜7的反射及线偏振片8的偏振调制后，到达相位型空间光调制器9的工作面的准直光可用琼斯矩阵表示为：
其中,表示相位型空间光调制器9的工作面上的横向空间坐标，j表示虚数单位。表示到达相位型空间光调制器9的工作面的准直光的横向波矢；φ表示被非偏振分光棱镜7反射后的准直光的波矢与Z轴正方向之间的夹角；θ表示被非偏振分光棱镜7反射后的准直光的波矢在X’-Y’平面内的投影与X’轴之间的夹角。φ和θ由激光器1至第四薄透镜6组成的扫描系统控制。与此同时，相位型空间光调制器9加载的相位调制图案表示为：
其中，f表示第五薄透镜10的焦距，(x0,y0)表示在第五薄透镜10与第六薄透镜11的共焦面由相位型空间调制器9调制所产生的剪切偏移向量，并且这里NA表示显微物镜12的数值孔径。如前所述，本发明实施例中相位型空间光调制器9只对沿Y轴方向的线偏振光起作用。因此，在经过相位型空间光调制器9的偏振调制作用后，公式(1)所表示的光场变为：
其中，j表示虚数单位，随后，公式(3)所示的光场经过由第五薄透镜10和第六薄透镜11组成的共焦系统传播后，到达显微物镜12和第六薄透镜11的共焦面，此时的光场表示为：
其中，(x″′,y″′)表示显微物镜12的光瞳面上的横向空间坐标。
紧接着，经过显微物镜12的空间傅里叶变换后，公式(4)所示的光场的频谱分布展现在显微物镜12的物方焦面，其表示为：
其中，表示样品面的横向空间坐标，m＝sin(φ)·cos(θ),n＝sin(φ)·sin(θ)。从公式(5)所示的光场分布可以看出，经过相位型空间光调制器9的偏振调制作用及显微物镜12的空间傅里叶变换作用后，在显微物镜12的物方焦面产生了两个分离的聚焦点。具体来说，相对于沿X轴偏振的聚焦点，沿Y轴偏振的聚焦点存在(x0,y0)的剪切偏移以及的相移。而沿X轴偏振的聚焦点的位置由扫描系统和显微物镜12的焦距共同决定，因此，通过控制扫描系统就可实现样品面不同位置的焦点扫描。与此同时，在显微物镜12的物方焦面放置有不透明的待测样品13，其复反射率表示为：
其中，(x,y)表示待测样品13的振幅信息，表示待测样品13的相位信息。公式(5)所示的光场照射到待测样品13后产生新的光场，其表示为：
由于本发明实施例应用于不透明的样品，因此公式(7)所示的光场朝着Z轴反方向进行传播，并由显微物镜12收集。经过显微物镜12的空间傅里叶变换作用后，公式(7)所示的光场的频谱分布展现在显微物镜12的光瞳面处，即：
然后，公式(8)所示的光场经过由第六薄透镜11和第五薄透镜10组成的共焦系统传播后到达相位型空间光调制器9的工作面上(即第五薄透镜10和第七薄透镜14的共焦面)，此时的光场表示为：
如前所述，本发明实施例中的相位型空间光调制器9只对沿Y轴方向的线偏振光起作用。因此，公式(9)所表示的光场在经过相位型空间光调制器9时会再次受到偏振调制，此时，公式(9)所表示的光场变为：
最后，经过线偏振片8的调制及第七薄透镜14的傅里叶变换作用后，在第七薄透镜14的后焦面处光场表示为：
此时，第七薄透镜14后焦面处的图像采集模块15记录到的强度分布表示为：
其中，A0＝a(-f·m,-f·n)以及B0＝a(-f·m-x0,-f·n-y0)。对公式(5)至(12)进行分析可知，在某个时刻，沿X轴偏振的扫描焦点位于样品面(-f·m,-f·n)处，沿Y轴偏振的扫描焦点位于样品面(-f·m-x0,-f·n-y0)处，此时图像采集模块15只在其工作面上(-f·m,-f·n)处收集到光强值。该光强值与样品面上(-f·m,-f·n)处和(-f·m-x0,-f·n-y0)处的复反射率有关。
需要说明的是，实际成像系统中显微物镜12具有有限的数值孔径，因此，在显微物镜12的物方焦面，公式(5)所表示的两个存在剪切偏移的聚焦点实际上是两个存在剪切偏移的埃里衍射斑。埃里衍射斑由一个中心尖峰和一系列幅度减小的同心圆环组成，其半高全宽就是垂直照明下显微系统的横向空间分辨率。这两个存在剪切偏移的埃里衍射斑探测到对应位置处样品的复反射率信息后完全重叠在图像采集模块15的工作面上并发生对应位置处的相干叠加。就图像采集模块15来讲，每一个探测点都是具有一定尺寸的方形像素。因此，从成像的角度来讲，样品面上的埃里衍射斑可以看成是多个具有不同幅值的离散点源。也就是说，图像采集模块15上埃里衍射斑覆盖的多个像素位置同时获得公式(12)表示的光强值，但是这些光强值存在一定的差异，它们除了与样品面上对应位置处的复反射率有关外，还与对应位置处埃里衍射斑的幅值有关。因此，在考虑显微物镜12具有有限数值孔径的情况下，在图像采集模块15的工作面上，埃里衍射斑覆盖的多个像素位置处的光强仍可用公式(12)统一表达。
在图像采集模块15的一次曝光时间内，相位型空间光调制器9加载的相位调制图案保持不变，即(x0,y0)和保持不变，同时，受扫描振镜4的控制，成像视野范围内待测样品13被逐点扫描照明。这里，相邻两个X偏振扫描点之间的横向距离设定为垂直照明下系统横向空间分辨率的三分之一。因此，经过图像采集模块15的一次曝光后，图像采集模块15的工作面上所有像素都采集到对应的光强值，它们与样品面上对应位置的复反射率有关。因此，经过图像采集模块的一次曝光后，采集到的光强分布可统一写为：
其中，A＝a(x″,y″)以及B＝a(x″-x0,y″-y0)。当公式(2)所示的相位调制函数中y0取0，且分别取0，0.25π，0.5π，和0.75π时，相位型空间光调制器9分别加载四张相位图案，如图3所示。由于相位型空间光调制器9的每个像素能调制的相位范围是0到2π，因此，图3所示的相位调制分布是对原有的相位调制函数做相位包裹处理后得到的结果，从而使所有相位均分布在0到2π之间。此时，图像采集模块15分别记录得到四张强度图：I0(x″,y″,x0,0)，I0.5π(x″,y″,x0,0)，Iπ(x″,y″,x0,0)和I1.5π(x″,y″,x0,0)。因此，在x0＝/NA/2的前提下，沿X轴方向样品相位的梯度分布可近似计算为：
其中，atan表示反正切函数。
当公式(2)所示的相位调制函数中x0取0，且分别取0，0.25π，0.5π，和0.75π时，相位型空间光调制器9分别加载四张相位图案，如图4所示。由于相位型空间光调制器的每个像素能调制的相位范围是0到2π，因此，图4所示的相位调制分布是对原有的相位调制函数做相位包裹处理后得到的结果，从而使所有相位均分布在0到2π之间。此时，图像采集模块分别记录得到四张强度图：I0(x″,y″,0,y0)，I0.5π(x″,y″,0,y0)，Iπ(x″,y″,0,y0)和I1.5π(x″,y″,0,y0)。因此，在y0＝/NA/2的前提下，沿Y轴方向样品相位的梯度分布可计算为：
其中，atan表示反正切函数。
最终，利用Frankot-Chellappa相位积分算法，可以定量获得待测样品的相位分布：
其中，表示二维空间傅里叶变换运算，表示二维逆空间傅里叶变换运算，(ρ,γ)表示频域坐标，ε表示正则化系数，默认取0.0001。
从公式(1)至公式(16)可以看出，本发明基于偏振复用调制的扫描定量相位显微装置通过将相位型空间光调制器与激光扫描照明结合，实现了扫描微分干涉测量，并利用同一相位型空间光调制器实现了四步相移检测，从而对待测样品实现了基于扫描照明的反射式定量相位成像。这样有效地避免了宽场成像中存在的空间衍射串扰问题，使采集到的图像具有高的图像质量；另外，该扫描定量相位显微装置通过相位型空间调制器可以实现不同方向及不同程度的剪切偏移，适用于不同类型的物镜和样品，因此，不需要复杂的图像处理就可以获得高质量的定量相位图像；其次，共路径干涉的光学结构使本发明的扫描定量相位显微装置对外界扰动具有非常强的免疫性；最后，本发明装置具有高的轴向分辨率，可对待测样品进行无伪影的三维定量相位成像，同时可以和任意显微成像技术进行耦合，实现多模式成像。因此，所提基于偏振复用调制的扫描定量相位显微装置可对待测样品进行无标记、高质量的原位定量检测，并且在结构和功能上具有非常好的拓展性，在工业检测等领域具有很大的应用价值。
以下通过具体实验对本发明提出的基于偏振复用调制的扫描定量相位显微装置的效果进行了进一步阐述。首先进行了数值模拟，如图5至图10所示。在模拟过程中设定待测样品为非纯相位物体，其真实的相位分布和幅值分布如图5所示。首先，采用传统的宽场反射式定量微分干涉显微装置进行模拟，此时，对待测样品的照明是垂直均匀的准直光。图6所示的结果是利用传统的宽场反射式定量微分干涉显微装置，获得的沿X轴方向和沿Y轴方向样品的相位梯度分布。由于宽场成像存在空间衍射串扰问题，因此图6所示的相位梯度分布中可以明显地观察到寄生的衍射图样，这将严重影响样品的相位恢复质量。图7所示的结果是利用图6所示的相位梯度分布重建得到的样品的相位图像。从图7可以明显地看到，样品内部和外部均存在严重的图像伪影，同时，恢复得到的样品相位值也与理论值相差比较大。因此，传统的宽场定量相位成像中存在的空间衍射串扰问题直接影响相位恢复的质量和精度。
接着，利用本发明实施例所提的基于偏振复用调制的扫描定量相位显微装置对图5所示的样品进行模拟重建。图8所示的结果是利用本发明实施例所提的基于偏振复用调制的扫描定量相位显微装置，获得的沿X轴方向和沿Y轴方向样品的相位梯度分布。从图8中可以看到，所获相位梯度分布中不存在任何寄生的衍射图样，说明本发明所提的装置有效地避免了宽场成像中存在的空间衍射串扰问题。图9所示的结果是利用图8所示的相位梯度分布重建得到的样品的相位图像。从图9可以看到，利用本发明专利所提的基于偏振复用调制的扫描定量相位显微装置，不需要任何特殊的棱镜和物镜，就可以获得高质量且高精度的相位图像。因此，所获相位图像不存在图像伪影，具有非常高的信噪比和检测精度。
进一步地，图10给出了沿着图7(虚线)和图9(实线)水平中心线的相位分布，进一步展示了本发明装置避免图像伪影且提高信噪比和检测精度的优势。需要说明的是，在模拟过程中，我们考虑了系统物镜具有有限数值孔径的现实，因此，图7和图9所示的相位分布相对于图5所示的真实相位分布均存在分辨率下降的问题。
随后，基于上述列举的装置，对硅晶片表面的微器件进行了定量相位成像实验，如图11-13所示。首先，利用激光宽场照明下的传统反射式定量微分干涉显微技术对硅晶片进行了反射式定量相位成像，所获定量相位图像如图11所示。随后，利用LED宽场照明下的传统反射式定量微分干涉显微技术对硅晶片进行了同视野的反射式定量相位成像，所获定量相位图像如图12所示。最后，利用本发明实施例提出的基于偏振复用调制的扫描定量相位显微装置对硅晶片进行了同视野的反射式定量相位成像，所获定量相位图像如图13所示。对比图11，图12和图13可以看出，激光宽场照明会给图像带来严重的散斑噪声和有害的干涉图样；LED宽场照明虽然避免了散斑噪声，但是宽场成像存在的空间衍射串扰问题降低了图像的对比度、信噪比和检测精度；相比而言，本发明所提的基于偏振复用调制的扫描定量相位显微装置可以提供高对比度且高质量的定量相位图像，并且可以对硅晶片表面直径为1.2微米的精细结构进行准确的测量，如图13右上角所示。综上，所提基于偏振复用调制的扫描定量相位显微装置不需要特殊的棱镜或特殊的物镜，可对待测样品进行无标记、高质量的扫描定量相位成像，并且在结构和功能上具有非常好的拓展性，在工业检测等领域具有很大的应用价值。以上数值模拟和真实实验证明本发明所提装置具有可行性和有效性。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，本发明所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能模块的形式实现。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于偏振复用调制的扫描定量相位显微装置，其特征在于，包括激光焦点扫描模块、偏振复用调制模块和图像采集模块，其中，
所述激光焦点扫描模块用于产生能够对待测样品进行逐点扫描照明的准直光束；
所述偏振复用调制模块用于对所述准直光束沿相互垂直的X轴方向和Y轴方向进行偏振调制，利用相位型空间光调制器对沿Y轴方向偏振的线偏振光进行调制，通过在所述相位型空间光调制器上加载沿X轴方向或沿Y轴方向发生剪切偏移的预定相位调制图案，获得携带有样品不同点处复反射率信息的反射光，其中，所述X轴方向与所述Y轴方向所在平面垂直于所述偏振复用调制模块的光轴方向；
所述图像采集模块用于利用所述携带有样品不同点处复反射率信息的反射光获得沿X轴剪切方向的多张扫描微分干涉相移图和沿Y轴剪切方向的多张扫描微分干涉相移图。
2.根据权利要求1所述的基于偏振复用调制的扫描定量相位显微装置，其特征在于，所述激光焦点扫描模块包括激光器(1)以及沿所述激光器(1)的光轴方向依次设置的第一薄透镜(2)、第二薄透镜(3)、扫描振镜(4)、第三薄透镜(5)、第四薄透镜(6)和非偏振分光棱镜(7)，其中，
所述第一薄透镜(2)和所述第二薄透镜(3)组成共焦系统，用于扩大所述激光器(1)发射的准直光束的口径；
所述扫描振镜(4)用于控制来自所述第二薄透镜(3)的准直光束的传播方向，以在成像视野范围内对待测样品(13)进行逐点扫描照明；
所述第三薄透镜(5)和所述第四薄透镜(6)组成共焦系统，用于形成更大口径的准直光束，所述扫描振镜(4)的工作中心位于所述第三薄透镜(5)的前焦面；
所述非偏振分光棱镜(7)用于将来自所述第四薄透镜(6)的更大口径的准直光束反射至所述偏振复用调制模块。
3.根据权利要求2所述的基于偏振复用调制的扫描定量相位显微装置，其特征在于，所述扫描振镜(4)为二维线性振镜系统，包括两个反射镜；所述非偏振分光棱镜(7)是分束比为50:50的分束立方。
4.根据权利要求2所述的基于偏振复用调制的扫描定量相位显微装置，其特征在于，所述偏振复用调制模块包括沿所述激光焦点扫描模块出射的光束的光轴方向依次设置的线偏振片(8)、相位型空间光调制器(9)、第五薄透镜(10)、第六薄透镜(11)和显微物镜(12)，其中，
所述线偏振片(8)能够将来自所述激光焦点扫描模块的准直光束等功率地分为沿X轴方向线偏振的准直光束和沿Y轴方向线偏振的准直光束；
所述相位型空间光调制器(9)位于所述第四薄透镜(6)与所述第五薄透镜(10)的共焦面处，能够对沿Y轴方向线偏振的准直光束进行调制作用，获得沿Y轴方向偏振且传播方向发生偏移的准直光；
所述第五薄透镜(10)和所述第六薄透镜(11)构成共焦系统，所述沿Y轴方向偏振且传播方向发生偏移的准直光聚焦在所述第五薄透镜(10)与所述第六薄透镜(11)的共焦面处形成Y偏振聚焦光；
所述第六薄透镜(11)和所述显微物镜(12)组成共焦系统，所述待测样品(13)设置在所述显微物镜(12)的物方焦面上，所述Y偏振聚焦光经过所述第六薄透镜(11)和所述显微物镜(12)组成的共焦系统后采集所述待测样品(13)上一个点处的复反射率信息，并以发散光的形式被所述显微物镜(12)收集以形成Y偏振点复振幅；
所述沿X轴方向线偏振的准直光束直接穿过所述相位型空间光调制器(9)并聚焦在所述第五薄透镜(10)与所述第六薄透镜(11)的共焦面处，形成X偏振聚焦光；所述X偏振聚焦光经过所述第六薄透镜(11)和所述显微物镜(12)组成的共焦系统后采集所述待测样品(13)上另一点处的复反射率信息，并以发散光的形式被所述显微物镜(12)收集，形成X偏振点复振幅。
5.根据权利要求4所述的基于偏振复用调制的扫描定量相位显微装置，其特征在于，所述相位型空间光调制器(9)还用于：对从所述待测样品(13)反射回的由所述Y偏振点复振幅衍生的准直光再次进行调制；
由所述Y偏振点复振幅衍生的准直光经过所述相位型空间光调制器(9)的再次调制后，能够与由所述X偏振点复振幅衍生的准直光完全重合，并且通过第七薄透镜(14)的聚焦作用在所述图像采集模块上实现单点微分干涉检测。
6.根据权利要求4所述的基于偏振复用调制的扫描定量相位显微装置，其特征在于，在所述相位型空间光调制器(9)上加载沿X轴方向产生剪切偏移的预定相位调制图案，并对所述沿X轴方向产生剪切偏移的预定相位调制图案依次添加0π、0.25π、0.5π和0.75π的相位值；
在所述相位型空间光调制器(9)上加载沿Y轴方向产生剪切偏移的预定相位调制图案，并对所述沿Y轴方向产生剪切偏移的预定相位调制图案依次添加0π、0.25π、0.5π和0.75π的相位值；并且，
在所述相位型空间光调制器(9)上加载每一张相位调制图案时，通过控制所述扫描振镜(4)能够对成像视野范围内的所述待测样品(13)进行逐点扫描照明，并由所述图像采集模块进行全局曝光，从而在所述图像采集模块上获得沿X轴剪切方向的四张扫描微分干涉相移图以及沿Y轴剪切方向的四张扫描微分干涉相移图。
7.根据权利要求4所述的基于偏振复用调制的扫描定量相位显微装置，其特征在于，所述相位型空间光调制器(9)为透射式相位型空间光调制器或反射式相位型空间光调制器。
8.根据权利要求4所述的基于偏振复用调制的扫描定量相位显微装置，其特征在于，在对所述待测样品(9)进行扫描照明时，所述第六薄透镜(11)与所述显微物镜(12)之间的准直光束始终充满所述显微物镜(12)的光瞳口径，所述显微物镜(12)的光瞳口径位于所述显微物镜(12)与所述第六薄透镜(11)的共焦面处。
9.一种基于偏振复用调制的扫描定量相位显微方法，其特征在于，包括：
S1：利用权利要求1至8中任一项所述的基于偏振复用调制的扫描定量相位显微装置获得沿X轴剪切方向的四张扫描微分干涉相移图和沿Y轴剪切方向的四张扫描微分干涉相移图；
S2：利用所述X轴剪切方向的四张扫描微分干涉相移图获得待测样品沿X轴剪切方向的相位梯度分布；
S3：利用所述Y轴剪切方向的四张扫描微分干涉相移图获得待测样品沿Y轴剪切方向的相位梯度分布；
S4：根据所述沿X轴剪切方向的相位梯度分布和所述沿Y轴剪切方向的相位梯度分布，获得待测样品的相位分布信息。
10.根据权利要求9所述的基于偏振复用调制的扫描定量相位显微方法，其特征在于，所述S1包括：
在所述相位型空间光调制器上加载沿X轴方向产生剪切偏移的预定相位调制图案，并对所述沿X轴方向产生剪切偏移的预定相位调制图案依次添加0π、0.25π、0.5π和0.75π的相位值；
在所述相位型空间光调制器上加载沿Y轴方向产生剪切偏移的预定相位调制图案，并对所述沿Y轴方向产生剪切偏移的预定相位调制图案依次添加0π、0.25π、0.5π和0.75π的相位值；并且，
在所述相位型空间光调制器上加载每一张相位调制图案时，通过控制所述扫描振镜，对成像视野范围内的所述待测样品进行逐点扫描照明，并由所述图像采集模块进行全局曝光，从而在所述图像采集模块上获得沿X轴剪切方向的四张扫描微分干涉相移图以及沿Y轴剪切方向的四张扫描微分干涉相移图。
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