[發(fā)明專利]一種基于相干衍射成像的激光復振幅測量方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811017867.2
• 申請日: 2018-09-03
• 公開（公告）號: CN108760056B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發(fā)明（設計）人: 景文博;崔循;董猛;錢思羽;趙海麗;劉鵬;王彩霞;王曉曼
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: G01J9/00
• 分類號: G01J9/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 程華

1.一種基于相干衍射成像的激光復振幅測量方法，其特征在于，所述測量方法包括：

光學測量系統(tǒng)包括：激光器、光學衰減組、衰減片、相機、電動位移臺；

所述電動位移臺控制所述相機移動到z₁位置，通過所述相機采集所述z₁位置的D₁面光斑圖像，獲得第一光斑圖像；

所述電動位移臺控制所述相機移動到能夠明顯看出光斑大小變化的z₂位置，通過所述相機采集所述z₂位置的D₂面光斑圖像，獲得第二光斑圖像；

通過計算機分別對第一光斑圖像和第二光斑圖像進行計算獲得第一光斑圖像和第二光斑圖像的強度矩陣I₁，I₂；

構造所述第一光斑圖像復振幅的目標函數(shù)；

計算激光的實際波前傾斜；

根據(jù)所述實際波前傾斜、所述目標函數(shù)和所述第二光斑圖像計算所述第一光斑圖像的復振幅；

所述構造所述第一光斑圖像復振幅的目標函數(shù)具體包括：

激光光束沿光軸z方向傳播，傳播至z₁位置獲得D₁面光斑圖像；

所述D₁面光斑圖像通過角譜傳播正向傳播Δz的距離擬合出D₂面光斑圖像；

所述D₂面光斑圖像進行振幅替換后，反向傳播Δz的距離擬合出所述D₁面光斑圖像；

將所述D₁面光斑圖像的強度矩陣I′₁和所述D₁面光斑圖像的真實強度矩陣I₁做差獲得目標函數(shù)

其中，ω為權重函數(shù)，α和β表示建模和測量數(shù)據(jù)之間的增益的偏差的標量；

所述計算激光的實際波前傾斜具體包括：

計算所述D₁面光斑圖像和所述D₂面光斑圖像，獲取所述D₁面光斑圖像和所述D₂面光斑圖像的光斑質心坐標分別為(x₁,y₁)和(x₂,y₂)；

激光x方向的實際波前傾斜

激光y方向的實際波前傾斜

其中，x₂-x₁表示兩個光斑質心x方向的偏移，y₂-y₁表示兩個光斑質心y方向的偏移，z為相機工作距；

所述根據(jù)所述實際波前傾斜、所述目標函數(shù)和所述第二光斑圖像計算所述第一光斑圖像的復振幅具體包括：

計算機分別對第一光斑圖像和第二光斑圖像進行計算獲得第一光斑圖像和第二光斑圖像的強度矩陣I₁，I₂；

設定所述D₁面光斑圖像的振幅初始值設定位相初始值，所述位相初始值包括多項式和多項式系數(shù)，其中多項式采用37項Fringe Zernike多項式極坐標形式，Zernike多項式系數(shù)在0-1之間隨機數(shù)任意給定；

將所述x方向的實際波前傾斜作為輸入?yún)?shù)，獲得第二項的Zernike多項式系數(shù)

將所述y方向的實際波前傾斜作為輸入?yún)?shù)，獲得第三項的Zernike多項式系數(shù)

重構所述D₁面光斑圖像的位相

給定迭代次數(shù)k初始值為0，通過輸入振幅初始值和位相初始值計算所述D₁面光斑圖像的復振幅

所述D₁面光斑圖像的復振幅U_k1通過正向角譜傳播Δz的距離重構所述D₂面光斑圖像的復振幅U_k2，獲得所述D₂面光斑圖像的振幅保持所述D₂面光斑圖像的位相不變，以相機實際測得所述D₂面光斑圖像的振幅替代振幅所述D₂面光斑圖像新的復振幅

將所述D₂面光斑圖像新的復振幅U′_k2反向角譜傳播Δz的距離重構所述D₁面光斑圖像的復振幅U′_k1，獲得所述D₁面光斑圖像的振幅所述D₁面光斑圖像的強度矩陣所述相機實際測得所述D₁面光斑圖像的真實強度矩陣I₁；

根據(jù)所述真實強度矩陣和強度矩陣構造目標函數(shù)；

判斷目標函數(shù)的目標函數(shù)值是否≤ε，如果是，輸出最佳的位相為最接近所述D₁面光斑圖像真實值的位相，重構所述D₁面光斑圖像的復振幅，獲得所述激光的復振幅；

否則，根據(jù)所述相機實際測得所述D₁面光斑圖像的振幅替代振幅

通過非線性優(yōu)化CG算法計算搜索方向和步長，增加迭代次數(shù)k＝k+1獲得新的Zernike表達式系數(shù)，將得到的新值賦值給Zernike表達式對應的各項系數(shù)得到所述D₁面光斑圖像新的位相將所述D₁面光斑圖像新的位相重新參與所述D₁面光斑圖像的復振幅U_k1的重構。