定量相位成像技术在生物医学、材料科学、流体物理、工业检测等领域应用广泛。近日，中国科学院西安光学精密机械研究所在定量相位成像领域取得进展。研究团队提出了一种正交偏振复用剪切干涉技术。该技术通过特殊设计的偏振调制衍射光学元件P-DOE，将入射的物光衍射为四束具有特定传播方向与偏振状态的衍射光，通过精巧的偏振设计，最终在相机靶面上形成一幅纯净、无串扰的剪切干涉图，再经由专用算法重建出高精度相位分布。基于上述技术，团队构建集成化定量相位相机Q-camera，将空间带宽利用率由39%提升至54%，显著增强了系统的成像细节分辨能力。相机支持单次曝光实时成像，实验以30fps的帧频展示了水中轮虫的实时运动行为。该技术兼容激光与低相干宽带光源，并具有宽波段适用能力，使用宽带照明光源（如卤素灯等）照明可以显著提升图像质量。Q-camera结构紧凑、空间分辨率高、工作波段宽，可直接与普通光学成像系统对接，极大提升了其在光学材料检测、生物医学研究、微流控分析以及工业精密测量等领域的应用潜力，也推动了定量相位成像技术从实验室走向产业应用。相关研究成果发表在《光学》（Optica）上。研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国科学院青年创新促进会会员项目等的支持。论文链接Q-camera用于显微成像的实物装置图以及工作流程示意图水中轮虫的运动轨迹与姿态的实时拍摄和相位再现