[發明專利]光柵橫向剪切干涉大數值孔徑波前重建方法

有效

• 申請號: 201710155971.7
• 申請日: 2017-03-16
• 公開（公告）號: CN107063477B
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發明（設計）人: 唐鋒;王向朝;彭常哲;馮鵬
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01J9/02
• 分類號: G01J9/02
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

1.一種光柵橫向剪切干涉大數值孔徑波前重建方法，該方法利用光柵橫向剪切干涉儀，其特征在于，該方法包含下述步驟：

1)確定光柵橫向剪切干涉儀常數：確認剪切光柵光柵圖形面與二維光電探測器探測面之間的中心間距及其之間所有折射率不相同層的厚度和折射率，確認剪切光柵光柵圖形面與待測波前匯聚點之間的距離及折射率不相同層的厚度及折射率；

2)建立光柵橫向剪切干涉儀與待測波前的坐標關系：以待測波前中心線在二維光電探測器探測面的位置o為坐標原點，為二維光電探測器探測面各個像素建立坐標系(x,y)，該坐標系與剪切光柵的XY坐標系平行；二維光電探測器(2)探測面各個像素的坐標即待測波前(0,0)級衍射光的離散坐標；

3)獲取剪切干涉圖并計算剪切波前相位：通過干涉圖相位提取方法提取XY兩個正交方向的剪切波前相位ΔWx，ΔWy；X方向剪切波前相位由X方向m1級和m2級衍射級次的衍射光剪切干涉產生；Y方向剪切波前相位由Y方向n1級和n2級衍射級次的衍射光剪切干涉產生；

4)光線追跡求解X方向和Y方向參與剪切干涉的不同衍射級次的衍射光相對(0,0)級衍射光在二維光電探測器探測面各個像素點的剪切量，X方向m1級和m2級衍射相對0級衍射的剪切量分別記為S_m1(x)、S_m2(x)，Y方向n1級和n2級衍射相對0級衍射的剪切量分別記為S_n1(y)、S_n2(y)；

5)波前重建：將二維光電探測器探測面(0,0)級衍射光即待測波面本身表示為W(x,y)，其中(x,y)即為二維光電探測器探測面各個像素的坐標；W(x,y)用一組基函數H_j(x,y)表示為

其中k為采用的基函數的項數；則XY兩個正交方向的剪切波前相位可分別表示為ΔW_x(x,y)、ΔW_y(x,y)：

ΔW_x(x,y)＝W(x+S_m1(x),y)-W(x+S_m2(x),y)，

ΔW_y(x,y)＝W(x,y+S_n1(y))-W(x,y+S_n2(y))， (2)

其中，m1，m2為參與X方向剪切干涉的不同衍射級次，n1，n2為參與Y方向剪切干涉的不同衍射級次，則XY兩個正交方向的剪切波前相位也可分別用下面的差分基函數ΔH_xj(x,y)、ΔH_yj(x,y)表示：

ΔH_xj(x,y)＝H_j(x+S_m1(x),y)-H_j(x+S_m2(x),y)，

ΔH_yj(x,y)＝H_j(x,y+S_n1(y))-H_j(x,y+S_n2(y))， (3)

將所有有效像素的ΔW_x、ΔW_y組合為一個離散矩陣ΔW，ΔH_xj、ΔH_yj組合為同一離散矩陣ΔH_j

則可得

其中a＝[a₁ a₂ ... a_k]^T，ΔH＝[ΔH₁ ΔH₂ ... ΔH_k]，其中符號T表示轉置矩陣；

采用最小二乘矩陣系數擬合方法將ΔW擬合至矩陣組ΔH_j，即可得到待測波前W的H_j(x,y)基函數的系數a并代入式(1)得到二維光電探測器探測面的待測波前W(x,y)。