[發(fā)明專利]一種基于多針孔板的波前測(cè)量方法和裝置

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910231322.6
• 申請(qǐng)日: 2009-12-02
• 公開（公告）號(hào): CN101726366A
• 公開（公告）日: 2010-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 國承山;張新廷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東師范大學(xué)
• 主分類號(hào): G01J9/00
• 分類號(hào): G01J9/00;G01J9/02;G02B27/42
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種測(cè)量入射光波波前或復(fù)振幅分布的裝置，特別是一種利用多針孔板實(shí)現(xiàn) 對(duì)入射光波波前或復(fù)振幅分布進(jìn)行記錄和重現(xiàn)的基于多針孔板的波前測(cè)量方法和裝置。

背景技術(shù)

在自適應(yīng)光學(xué)、光學(xué)精密測(cè)量、顯微成像等應(yīng)用領(lǐng)域，經(jīng)常需要測(cè)量光波的波前或復(fù)振 幅分布。尤其是在自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)波前的動(dòng)態(tài)控制，需要實(shí)時(shí)測(cè)量波前信息。 目前，已經(jīng)發(fā)展了多種測(cè)量光波的波前或復(fù)振幅分布的技術(shù)，如全息干涉測(cè)量技術(shù)、哈特曼 波前傳感技術(shù)、相位反演波前測(cè)量技術(shù)等。

全息干涉測(cè)量技術(shù)是利用被測(cè)光波和與之相干的參考波的干涉實(shí)現(xiàn)光波波前的記錄，通 過對(duì)干涉圖樣的分析實(shí)現(xiàn)光波波前的測(cè)量和重現(xiàn)。該技術(shù)需要使用分光裝置產(chǎn)生所需要的相 干參考波。雖然同軸全息干涉測(cè)量技術(shù)可以避免使用分光裝置，但需要克服背景光和共軛項(xiàng) 的影響。

哈特曼波前傳感技術(shù)的基本原理是利用陣列微透鏡把入射光波分割為若干子光波，然后 利用二維陣列圖像傳感器(如CCD)測(cè)量各個(gè)子光波經(jīng)微透鏡的聚焦光斑的質(zhì)心漂移量得到 波前斜率，然后用各種波前復(fù)原算法得到被測(cè)光波的波前相位。哈特曼波前傳感器結(jié)構(gòu)簡單， 并且可以實(shí)現(xiàn)波前的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量。因此，該技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。但是微透鏡陣列的使 用使哈特曼傳感器的分辨率和應(yīng)用領(lǐng)域受到限制。因?yàn)樵谟行┎ǘ沃校珉娮硬ā光和極 紫外光波段，制備所需要的微透鏡陣列是非常困難的。

相位反演波前測(cè)量技術(shù)則是利用物波的衍射光場(chǎng)或像的強(qiáng)度分布實(shí)現(xiàn)光波波前或復(fù)振幅 分布的測(cè)量。由于可以避免成像透鏡孔徑和像差對(duì)分辨率的限制，這種技術(shù)特別適用于像X 射線、電子束這類缺乏或很難制備出高質(zhì)量成像透鏡的領(lǐng)域。相位反演波前測(cè)量技術(shù)的關(guān)鍵 是怎樣從一幅或多幅衍射強(qiáng)度圖樣中準(zhǔn)確快速地將被測(cè)物波的振幅和相位信息恢復(fù)出來。目 前，解決這一問題的一個(gè)主要途徑是采用迭代算法。傳統(tǒng)的迭代方法一般都需要較長的迭代 時(shí)間，迭代結(jié)果存在不確定性；對(duì)被測(cè)物體也存在一些苛刻的限制條件，如物體要特殊固定、 要求被測(cè)物體是純振幅物體或純相位物體，等等。

申請(qǐng)人在先申請(qǐng)的中國專利申請(qǐng)?zhí)枴?00910014336.2”中提供了一種基于多針孔板的相 干衍射成像方法及其處理裝置，它是讓被測(cè)量波前先通過一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的多針孔板，然后再用 圖像傳感器記錄物波經(jīng)過多針孔板后的夫瑯和費(fèi)衍射強(qiáng)度分布，最后借助計(jì)算機(jī)圖像處理技 術(shù)提取出被測(cè)物波波前的振幅和相位分布信息。該技術(shù)的一個(gè)不足之處是，為了實(shí)現(xiàn)二維波 前的測(cè)量需要旋轉(zhuǎn)多針孔板進(jìn)行多次記錄，影響了波前測(cè)量速度，不利于在自適應(yīng)光學(xué)等需 要對(duì)波前進(jìn)行高速動(dòng)態(tài)測(cè)量領(lǐng)域中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，在申請(qǐng)?zhí)枮椤?00910014336.2”的中國專利的 基礎(chǔ)上，提供一種不需要旋轉(zhuǎn)針孔板進(jìn)行多次記錄就能實(shí)現(xiàn)二維波前測(cè)量的基于多針孔板的 波前測(cè)量方法和裝置。

本發(fā)明的目的可通過以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)：

一種基于多針孔板的波前測(cè)量方法，包括以下步驟：

第一步，將被測(cè)量物波照射到含有一個(gè)參考針孔和多個(gè)測(cè)量針孔的多針孔板上；

第二步，用圖像傳感器記錄透過多針孔板的物波的夫瑯和費(fèi)衍射光場(chǎng)的強(qiáng)度分布圖樣； 記錄平面上的衍射光場(chǎng)正比于多針孔板平面上透過多針孔板的物波的傅立葉變換；

第三步，對(duì)該衍射強(qiáng)度圖樣做逆傅里葉變換，將該逆傅里葉變換圖樣中與多針孔板上各 測(cè)量針孔的中心位置所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)的函數(shù)值提取出來，該函數(shù)值正比于被測(cè)物波在各測(cè)量針孔 處的復(fù)振幅值；利用該復(fù)振幅值可在計(jì)算機(jī)中重現(xiàn)物波波前和成像。

一種基于多針孔板的波前測(cè)量方法的處理裝置，它包括依次設(shè)置的多針孔板、圖像傳感 器和處理裝置，圖像傳感器與多孔板之間的距離Z滿足夫瑯和費(fèi)衍射條件，即圖像傳感器記 錄平面上的光場(chǎng)分布正比于透過多針孔板的物波的傅立葉變換。

一種基于多針孔板的波前測(cè)量方法的處理裝置，它包括依次設(shè)置的多針孔板、傅立葉變 換透鏡、圖像傳感器和處理裝置，所述圖像傳感器位于傅里葉變換透鏡的后焦面上，即圖像 傳感器記錄平面上的光場(chǎng)分布正比于透過多針孔板的物波的傅立葉變換。