[發明專利]一種基于空間部分相干光的衍射光學元件的設計方法

有效

• 申請號: 201711183812.4
• 申請日: 2017-11-23
• 公開（公告）號: CN108152949B
• 公開（公告）日: 2019-07-30
• 發明（設計）人: 劉娟;段俊毅
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;G06F17/50
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩;吳歡燕

本發明提供一種衍射光學元件的設計方法和裝置，其中，所述方法包括：S1，疊加待衍射圖像在預設距離處的圖像光場復振幅和部分相干光源的部分相干光場，獲取干涉復振幅；S2，將所述部分相干光場的光強度代入所述干涉復振幅的相位中，獲取衍射復振幅；S3，將所述衍射復振幅的相位作為透射率設計所述衍射光學元件。本發明提供的一種衍射光學元件的設計方法和裝置，將部分相干光相干部分可編碼和調制、非相干部分可平均散斑的特點應用于衍射光學元件設計領域，在實現波前調制的同時減弱光場振幅隨機相漲相消的現象，抑制了散斑，增強了圖像質量。

技術領域

本發明涉及衍射光學技術領域，尤其涉及一種衍射光學元件的設計方法和裝置。

背景技術

衍射光學元件是一種新型的具有重要應用前景的光學元件，其設計基于光學衍射理論，并通過計算機設計相息圖，采用微電子加工技術制作，最終使其能夠同時實現幾種光學功能。

傳統衍射光學元件的設計方法都是以相干光為前提，在光學調制過程中，會出現隨機相長相消的情況，進而導致在調制結果中出現散斑，影響成像質量。針對這個問題，通常可以采取迭代算法、時間復用、相干記錄非相干再現、以及像素分離法等來平均復振幅隨機的相干疊加，在保證調制結果準確的同時減弱散斑，對成像質量的改善起到了一定推動作用。

但是上述方法中，針對相干光設計衍射光學元件、僅在調制過程中降低相干性消除散斑的方法并不是理想的解決方案，往往設計與實際使用中存在偏差。所以考慮光源相干性的設計方法對衍射光學元件的實際使用是很必要的。

發明內容

本發明為解決現有技術中存在的相干光隨機長消影響成像質量的問題，提供了一種衍射光學元件的設計方法和裝置。

一方面，本發明提出一種衍射光學元件的設計方法，包括：S1，疊加待衍射圖像在預設距離處的圖像光場復振幅和部分相干光源的部分相干光場，獲取干涉復振幅；S2，將所述部分相干光場的光強度代入所述干涉復振幅的相位中，獲取衍射復振幅；S3，將所述衍射復振幅的相位作為透射率設計所述衍射光學元件。

優選地，還包括：S0，應用點源法計算待衍射圖像預設距離處的圖像光場復振幅；對部分相干光源進行傅里葉變換，獲取部分相干光場。

優選地，所述步驟S0前還包括：在待衍射圖像中加入隨機相位。

優選地，所述點源法計算中應用的參考光為相干光。

優選地，所述部分相干光源為高斯光源。

另一方面，本發明提出一種衍射光學元件的設計裝置，包括：干涉復振幅獲取單元，用于疊加待衍射圖像在預設距離處的圖像光場復振幅和部分相干光源的部分相干光場，獲取干涉復振幅；衍射復振幅獲取單元，用于將所述部分相干光場的光強度代入所述干涉復振幅的相位中，獲取衍射復振幅；實現單元，用于將所述衍射復振幅的相位作為透射率設計所述衍射光學元件；所述衍射復振幅獲取單元分別與所述干涉復振幅獲取單元和實現單元電連接。

優選地，還包括圖像復振幅獲取單元和部分相關光場獲取單元，所述圖像復振幅獲取單元和部分相關光場獲取單元分別與所述干涉復振幅獲取單元電連接；所述圖像復振幅獲取單元用于應用點源法計算待衍射圖像預設距離處的圖像光場復振幅；所述部分相關光場獲取單元用于對部分相干光源進行傅里葉變換，獲取部分相干光場。

優選地，還包括圖像預處理單元，所述圖像預處理單元與所述圖像復振幅獲取單元電連接；用于在待衍射圖像中加入隨機相位。

再一方面，本發明提出一種衍射光學元件的設計設備，包括：至少一個處理器；以及與所述處理器通信連接的至少一個存儲器，其中：所述存儲器存儲有可被所述處理器執行的程序指令，所述處理器調用所述程序指令能夠執行如前所述的方法。