[發(fā)明專利]基于子孔徑波前振幅調(diào)制的斜率和曲率信號提取方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710009052.9
• 申請日: 2017-01-06
• 公開（公告）號: CN106969844B
• 公開（公告）日: 2019-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉克;王曉鵬;李艷秋
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: G01J9/02
• 分類號: G01J9/02
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 劉芳;仇蕾安

本發(fā)明提供一種基于子孔徑波前振幅調(diào)制的斜率和曲率信號提取方法，具體過程為：在待測光波波前所在的平面上設(shè)置分波面元件，所述分波面元件上的每個子孔徑內(nèi)設(shè)有四個通光圓孔A、B、C和D，其中通光圓孔A的圓心位于子孔徑的中心上，通光圓孔B、C和D的圓心間隔120°均布在通光圓孔A的同心圓上；光電傳感器采集光波經(jīng)分波面元件后所形成光場的干涉圖樣，并將其存儲于存儲器中；根據(jù)第i個子孔徑內(nèi)的干涉圖樣，運算器計算待測光波波前在所述分波面元件第i個子孔徑內(nèi)以波面x和y方向上斜率、曲率以及混合曲率值表征的波面位相分布。利用該方法能夠獲得各個子孔徑內(nèi)以波面x和y方向上斜率、曲率以及混合曲率值表征的波面位相信息，從而實現(xiàn)高階像差的精確測量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于子孔徑波前振幅調(diào)制的斜率和曲率信號提取方法，屬于光學(xué)測量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

光波前傳感通常使用光學(xué)測量的方法獲得波面位相信息。常用的方法包括光干涉、模式型波前傳感、區(qū)域型波前傳感等。光干涉通常利用兩光束或多光束干涉，對待測光波面位相進(jìn)行調(diào)制，利用探測器(如CCD等)采集的干涉條紋強度信息，計算出光波前位相信息。常用的光干涉方法包括牛頓干涉、菲佐干涉、泰曼-格林干涉、點衍射干涉、剪切干涉、法布里-珀羅干涉等。模式型波前傳感通常利用探測器采集一幅或多幅光的傳播方向上不同位置光場強度分布，并將待測波面在數(shù)學(xué)上分解為一系列正交多項式的組合，利用光場強度分布計算出波面位相信息。常用的模式型波前傳感技術(shù)包括曲率傳感、相位變更等。區(qū)域型波前傳感通常使用分波面的方法，將整個待測波面分割為多個子孔徑，通過測量各個子孔徑內(nèi)波面的一階導(dǎo)數(shù)(波前斜率)，計算出波面位相。常用的區(qū)域型波前傳感技術(shù)包括哈特曼、夏克-哈特曼、刀口法、角錐棱鏡法等。

夏克-哈特曼是目前最為常用的波前傳感技術(shù)，它利用微透鏡陣列將待測波前分割為多個子孔徑，在微透鏡陣列的焦平面使用光電探測器探測每個子孔徑內(nèi)光斑的相對橫向偏移量，從而計算出各個子孔徑內(nèi)的波前斜率，最后通過波前重構(gòu)算法得到待測波面的相位。但是，夏克-哈特曼傳感器在原理上將單個子孔徑內(nèi)的波面視為平面波，因此它僅利用了波前斜率信息，在波面采樣點(子孔徑)數(shù)量一定的情況下，難以對空間頻率較高的高階像差進(jìn)行精密測量。在波前傳感技術(shù)中，波面采樣點數(shù)量受限于光電探測器的空間分辨率和像元尺寸。因此，在波面采樣點數(shù)量難以進(jìn)一步增多的情況下，盡可能提高單個采樣點所包含的波面信息，同時探測單個子孔徑內(nèi)波前的斜率和曲率，將有望提高波面高階像差的檢測精度。

近年來，研究人員提出了一系列斜率和曲率混合型的波前傳感技術(shù)。由于該傳感技術(shù)同時測量得到波前的斜率和曲率值，相對于單一的斜率型波前傳感技術(shù)能夠得到更多的波前信息，從而能夠?qū)崿F(xiàn)高階像差的精密測量，是高精度波前傳感技術(shù)的一個發(fā)展方向。

2000年，Paterson和Dainty(Opt Lett,2000,25(23):1687-1689)提出利用色散透鏡陣列代替夏克-哈特曼傳感器中普通透鏡陣列的斜率和曲率混合型波前傳感技術(shù)。該傳感技術(shù)能夠測量得到色散透鏡所分割的各個子孔徑波面x和y方向上的斜率值，以及拉普拉斯曲率值。2009年，Barwick(Opt Lett,2009,34(11):1690-1692)對Paterson和Dainty的傳感技術(shù)做了進(jìn)一步改進(jìn)，用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法獲得了各個子孔徑波面x和y方向上的斜率、曲率以及混合曲率值(波前在x和y方向上的混合偏導(dǎo)數(shù))，從而得到了波前的全部一階和二階信息。2008年，Zou和Rolland(J Opt Soc Am A,2008,25(9):2331-2337)提出了基于夏克-哈特曼傳感器的微分曲率傳感器，同樣可以測量出各個子孔徑波面在x和y方向上的斜率、曲率以及混合曲率值。2006年，Barbero等人(Opt Lett,2006,31(12):1845-1847)提出了另一種基于夏克-哈特曼的斜率和曲率混合型波前傳感技術(shù)，可測量得到各個子孔徑內(nèi)的斜率值和拉普拉斯曲率值。