[發(fā)明專利]一種應(yīng)用于曲率波前傳感器的波前復(fù)原方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210237087.5
• 申請日: 2012-07-10
• 公開（公告）號: CN102721478A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田雨;饒學(xué)軍;饒長輝
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所
• 主分類號: G01J9/00
• 分類號: G01J9/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明;顧煒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及曲率波前傳感器探測的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種提高曲率波前傳感器精度的波前重構(gòu)方法，可以減少曲率波前傳感器原理性誤差帶來的探測精度損失。

背景技術(shù)

曲率波前傳感器由F.Roddier于1987年提出，作為一種較新穎的波前探測技術(shù)，相比于夏克-哈特曼波前傳感器、徑向光柵橫向剪切干涉儀等以測量波前斜率復(fù)原波前像差的方法不同，它通過測量離焦面上的光強(qiáng)分布求得波前的曲率進(jìn)而得到波前像差分布。

曲率波前傳感器的原理圖如附圖圖1所示。圖中P1與P2是在焦兩面兩側(cè)的離焦量為l的兩個對稱平面。I₁與I₂是探測器探測到的P1、P2平面上的光強(qiáng)分布。根據(jù)傅立葉光學(xué)理論，兩個離焦面上對應(yīng)點(diǎn)歸一化的光強(qiáng)分布差與入射波前的曲率以及光瞳邊緣處波前的法向斜率之間的關(guān)系可用泊松方程表示為：

式中：S(r)為曲率波前傳感器的探測信號；p(r)是光瞳函數(shù)；為波前曲率；在孔徑邊緣等于無窮大，在其它地方為零。

通過求解上述泊松方程即可將波前像差求解出。2003年，Woods?S.C.等人發(fā)表了“Wavefront?sensing?by?use?of?a?Green’s?function?to?intensity?transport?equation”（見J.Opt.Soc.A.,2003,20(3):508-512），提出了將第二類邊界條件的Green函數(shù)引入式（1），即取邊緣部分：

式中，指光瞳邊緣的波前像差。將（2）式代入（1）則可以近似得到：

上式的意義在于光瞳的波前像差只與光強(qiáng)的軸向梯度有關(guān)，這正是曲率波前傳感器測得的探測信號S(r)，因此只需要測量出兩個離焦光強(qiáng)之差，便可以迅速復(fù)原波前像差。該方法最大的優(yōu)點(diǎn)在于計(jì)算量少，速度快；而缺點(diǎn)在于精度較差，因只使用了一次光斑信息且過多條件限制（取（2）式為邊界條件）。若能充分使用光斑斑信息則有可能進(jìn)一步提高曲率波前傳感器的測量精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：克服現(xiàn)有曲率波前傳感器的不足，提出一種基于迭代算法的波前復(fù)原方法，實(shí)現(xiàn)提高曲率波前傳感器探測精度的目的。該發(fā)明充分利用曲率波前傳感器在兩個離焦面的信息，不需要對曲率波前傳感器的硬件做任何改動，通過對曲率波前傳感器信息進(jìn)行軟件迭代，最終達(dá)到提高探測精度的目的。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種應(yīng)用于曲率波前傳感器的波前復(fù)原方法，該方法包括如下步驟：

步驟（1）、記錄曲率波前傳感器在焦平面兩側(cè)對稱位置的焦點(diǎn)內(nèi)側(cè)的離焦光斑I₁(r)與焦點(diǎn)外側(cè)的離焦光斑I₂(r)，并生成曲率波前傳感器信號S₀(r)作為初始輸入；

步驟（2）、根據(jù)曲率波前傳感器信號S₀(r)估計(jì)波前像差

步驟（3）、加入邊界條件限制得到估計(jì)的波前像差

步驟（4）、由估計(jì)的波前像差估計(jì)曲率波前傳感器信號S(r)；

步驟（5）、結(jié)合光瞳限制得到修正后的曲率波前傳感器信號S_est(r);

步驟（6）、根據(jù)估計(jì)的波前像差結(jié)合離焦量l計(jì)算估計(jì)的焦點(diǎn)內(nèi)側(cè)的離焦光斑I_1,est(r)；

步驟（7）、比較焦點(diǎn)內(nèi)側(cè)的離焦光斑I₁(r)與估計(jì)的焦點(diǎn)內(nèi)側(cè)的離焦光斑I_1,est(r)的相似性，得到迭代停止判據(jù)，若滿足迭代停止判據(jù)則輸出估計(jì)的波前像差否則轉(zhuǎn)向步驟（2）繼續(xù)迭代。

進(jìn)一步的，所述步驟（1）中焦點(diǎn)內(nèi)側(cè)的離焦光斑I₁(r)與焦點(diǎn)外側(cè)的離焦光斑I₂(r)分別由兩臺CCD相機(jī)獲得，該兩臺CCD相機(jī)分別位于焦點(diǎn)位置前l(fā)處與焦點(diǎn)位置后l處，曲率波前傳感器信號S₀(r)由下式得到：