[發明專利]一種經過多級散射層聚焦的光束波前相位優化方法

有效

• 申請號: 201010225913.5
• 申請日: 2010-07-13
• 公開（公告）號: CN101907784A
• 公開（公告）日: 2010-12-08
• 發明（設計）人: 高秀敏
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G02F1/01
• 分類號: G02F1/01
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本發明屬于光學技術領域，涉及一種波前相位優化方法，特別是一種經過多級散射層聚焦的光束波前相位優化方法，主要用于光學顯微成像、光學微加工、超分辨等領域。

技術背景

在白色顏料、生物組織和紙張等多級散射層中，由于折射率的空間波動引起了光得多級散射，導致光束發散，不能聚焦。在經典成像系統中，因為降低了系統的分辨能力，光束經過多級散射層時發生的多級散射是不利因素。當多級散射層位于透鏡后，散射將導致無焦斑形成。隨著光學的發展，光波的波前相位和偏振特性得到了一定的重視，并且經過研究發現，波前相位和偏振可以顯著影響光束的傳播和聚焦特性。特別是在近五年內，矢量光學發展迅速，通過將入射光束波前分布和多級散射層相匹配，在光束多級散射層后會在目標區域可以形成了光場增強相互干涉，此時，盡管發生了光的多級散射，光束仍然可以聚焦，這種奇特的現象具有重要的理論研究意義和廣泛的應用前景。

調節光束波前相位多采用相位型空間光調制器。在先技術中的優化光學系統如下，光源發射出的光束依次經過相位型空間光調制器和多級散射層，被設置在目標焦點區域的光電探測器接收，系統控制單元與相位型空間光調制器和光電探測器相連，光電探測器探測到的光電信號傳到系統控制單元，作為波前相位優化方法的反饋輸入，系統控制單元根據波前相位優化方法設定相位型空間光調制器上的每個像素點的相位，得到經過多級散射層在目標焦點區域可以產生光會聚的光束波前相位分布。多級散射層相匹配的光束波前相位分布的一種現有優化方法是，首先將相位型空間光調制器上的所有像素點的相位初始化為0；然后，調節相位型空間光調制器上的第一個像素點的相位從0依次增加2π/n，直至2π，其中n＝2⁸，每一次增加這個像素點的相位，系統控制單元都檢測光電探測器探測到的光電信號，記錄相位從0增加到2π過程中，最大光電信號對應的第一個像素點的相位值，將第一個像素點的相位初始化為0；再調節相位型空間光調制器上的第二個像素點的相位從0依次增加2π，找到最大光電信號對應的第二個像素點的相位值，再將第二個像素點的相位初始化為0；按照相位型空間光調制器行列順序，重復上述過程，依次找到相位型空間光調制器上的每個像素點的最大光電信號對應的相位值；最后，將相位型空間光調制器上的所有像素點的相位值設置為最大光電信號對應的相位值，多級散射層聚焦的光束波前相位優化過程結束。此優化方法雖然具有一定的優點，但是存在本質不足，每一次相位從0依次增加2π過程中只優化一個像素點，并且沒有考慮實際光束通常為軸對稱特性，所以，優化過程所需時間長，優化效率低，在目標焦點區域的光強度增幅程度不高，不能達到超分辨特性的優化。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種經過多級散射層聚焦的光束波前相位優化方法，具有優化過程所需時間短，優化效率高，在目標焦點區域的光強度增幅程度大，能達到超分辨特性優化的特點。

本發明方法的基本構思是：基于聚焦光束為軸對稱的特性，首先將相位型空間光調制器上的所有像素點的相位初始化為0；然后，調節光束中心區域對應的相位型空間光調制器上的中心像素點的相位從0依次增加2π/n，直至2π，其中n＝2^m，m為大于等于8的整數，每一次增加這個中心像素點的相位時，系統控制單元都檢測光電探測器探測到的光電信號，記錄相位從0增加到2π過程中，最大光電信號對應的中心像素點的相位值，并將中心像素點的相位設定為優化后的相位量；然后，以中心像素點的對稱中心為圓心，以像素點矩形的長邊為半徑增加的步長，形成的圓形區域，內的半徑從每次增加一個步長，與中心像素點相位優化過程相同，將圓形區域內未優化的相位點的相位優化，并設定為優化后的相位量；直至圓形區域直徑大于入射光斑直徑，相位優化過程停止，此時目標焦點區域光強達到極大值，實現光束經過多級散射層的超分辨聚焦。

本發明方法具體是：光源發射出的光束依次經過相位型空間光調制器和多級散射層，被設置在目標焦點區域的光電探測器接收，系統控制單元與相位型空間光調制器和光電探測器相連，光電探測器探測到的光電信號傳到系統控制單元，作為波前相位優化方法的反饋輸入，系統控制單元根據波前相位優化方法設定相位型空間光調制器上的每個像素點的相位。

本發明方法的具體步驟如下，

(1)將相位型空間光調制器上的所有像素點的相位初始化為0；