[發明專利]一種基于光學衍射元件的激光散斑抑制方法

有效

• 申請號: 201710043075.1
• 申請日: 2017-01-19
• 公開（公告）號: CN106896520B
• 公開（公告）日: 2019-02-05
• 發明（設計）人: 樂孜純;熊啟源;董文;付明磊
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G02B27/48
• 分類號: G02B27/48;G03B21/14
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

1.一種基于光學衍射元件的激光散斑抑制方法，其特征在于：該方法實現系統中，激光器射出的激光束通過調制透鏡組件進行擴束、整形和校準，正入射二元光學衍射元件的平面，所述二元光學衍射元件可水平移動地安裝在水平導軌上并與水平面呈夾角；所述抑制方法包括如下步驟：

1)光學衍射元件的透射率函數設為t(x₀,y₀)，光學衍射元件后平面P′₀光場的復振幅表示為：

U′₀(x₀,y₀)＝t(x₀,y₀)U₀(x₀,y₀)＝t(x₀,y₀) (1)

x₀,y₀是光學衍射元件前平面P₀上的坐標，U₀(x₀,y₀)是光學衍射元件前平面P₀光場的振幅，且U₀(x₀,y₀)＝1；

2)光束達到聚焦物鏡，符合菲涅耳衍射條件，由菲涅耳衍射公式得到平面P₁上光場的復振幅為：

x₁,y₁是平面P₁上的坐標；

3)光束從聚焦物鏡的前表面傳播到聚焦物鏡的后表面，此時平面P′₁上光場的復振幅為：

其中w₀為聚焦物鏡中心的厚度，f為聚焦物鏡的焦距，且聚焦物鏡總是具有一定的尺寸，圓形孔徑半徑為r₀的聚焦物鏡的孔徑函數即光瞳函數P(x₁,y₁)為：

這樣有：

4)光束從聚焦物鏡到觀測屏的過程符合菲涅耳衍射條件，由菲涅耳衍射公式得到平面P_i上光場的復振幅為：

將(4)式代入(5)式，可得：

得到在整個區域內都有P(x₁,y₁)＝1，將(2)式代入(6)式整理化簡得到：

其中x_i,y_i是平面P_i上的坐標；

將(1)式代入(7)式，并且化簡整理得到觀測屏上的光場分布復振幅為：

式中：A表示式中出現的復常數；

5)設定算符Q，使得U_i(x_i,y_i)＝Q[t(x₀,y₀)],現在引入CCD相機成像系統的點擴散函數H(x_i,y_i；x_j,y_j),則CCD相機成像平面上的光場分布的復振幅為：

其中x_j,y_j是CCD相機曝光屏上的坐標；

6)光學衍射元件于水平方向運動與水平方向成α的傾斜角，將速度分解成引入運動導致在CCD上得到新的光場分布：

7)由光場強度公式I(x_j,y_j)＝|U(x_j,y_j)|²得到在CCD曝光時間內捕獲到的散斑圖像強度為:

Δt為CCD相機曝光時間，|U′_j(x_j,y_j,t′)|²表示被測散斑圖像在時刻t′∈[t,t+Δt]處的強度分布，則檢測到的散斑強度的平均值為：

則散斑圖像強度的二階矩表示為：

公式中所涉及到的x₀₁,x₀₂,y₀₁,y₀₂,t’,t”是為了計算需要的中間參數；

8)根據Goodman的散斑統計理論，被檢測到的散斑圖像的對比度C為：

變量(x₀,y₀)同時也為透射系數函數的坐標，(x_j,y_j)為CCD相機曝光屏上的坐標，在同一次的測量過程中看作是定值；只考慮變量v_x,v_y，設置算符F,使得：

將(15)式代入(14)式化簡整理得到：

其中：v表示二元光學衍射元件的移動速度，α是二元光學衍射元件和水平面的夾角；

9)按照設定的運動速度和夾角，控制所述二元光學衍射元件運動。