[發(fā)明專利]一種基于相干衍射成像的激光復(fù)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(shè)計(jì)）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(quán)）人: 長春理工大學(xué)
• 主分類號: G01J9/00
• 分類號: G01J9/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 程華

本發(fā)明公開了一種基于相干衍射成像的激光復(fù)振幅測量方法及系統(tǒng)。所述測量方法包括：建立光學(xué)測量系統(tǒng)，光學(xué)測量系統(tǒng)包括：激光器、光學(xué)衰減組、衰減片、相機(jī)、電動(dòng)位移臺(tái)；電動(dòng)位移臺(tái)控制相機(jī)移動(dòng)到z₁位置，通過相機(jī)采集z₁位置的D₁面光斑圖像，獲得第一光斑圖像；電動(dòng)位移臺(tái)控制相機(jī)移動(dòng)到能夠明顯看出光斑大小變化的z₂位置，通過相機(jī)采集所述z₂位置的D₂面光斑圖像，獲得第二光斑圖像；計(jì)算激光的實(shí)際波前傾斜；根據(jù)實(shí)際波前傾斜、所述目標(biāo)函數(shù)和第二光斑圖像計(jì)算第一光斑圖像的復(fù)振幅。本發(fā)明采用的測量方法采樣分辨率高、動(dòng)態(tài)范圍大，并且能夠?qū)す鈴?fù)振幅進(jìn)行精確的測量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光復(fù)振幅測量領(lǐng)域，特別是涉及一種基于相干衍射成像的激光復(fù)振幅測量方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

通過激光強(qiáng)度信息重構(gòu)激光的位相，從而實(shí)現(xiàn)激光復(fù)振幅的測量。現(xiàn)有技術(shù)中的關(guān)于激光復(fù)振幅的測量方法：夏克-哈特曼波前傳感器雖然可以對激光光束進(jìn)行單次采樣來測量激光復(fù)振幅，但是，動(dòng)態(tài)范圍小、靈敏度低，重構(gòu)出來的位相以透鏡的個(gè)數(shù)為分辨率，采樣分辨率低；傳統(tǒng)的干涉檢測法從干涉條紋信息里計(jì)算出位相分布，但由于需要物光和參考光進(jìn)行疊加，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且要求參考光具有較高的時(shí)間相干性和空間相干性，對干涉條紋的分辨率以及實(shí)驗(yàn)儀器的清潔程度要求高，使得干涉法的應(yīng)用存在許多缺陷；經(jīng)典位相恢復(fù)GS算法雖然可以由兩個(gè)或多個(gè)強(qiáng)度測量數(shù)據(jù)進(jìn)行迭代計(jì)算恢復(fù)位相，但是GS算法中的約束條件將實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)和算法計(jì)算有機(jī)結(jié)合在一起會(huì)為算法引入誤差，誤差的存在會(huì)導(dǎo)致重構(gòu)位相失敗，并且GS算法的收斂速度隨著迭代次數(shù)的增加而大幅減小，甚至?xí)霈F(xiàn)停滯不前的現(xiàn)象，導(dǎo)致激光的復(fù)振幅的測量精度低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種能夠提高激光復(fù)振幅測量精度的基于相干衍射成像的激光復(fù)振幅測量方法及系統(tǒng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種基于相干衍射成像的激光復(fù)振幅測量方法，所述測量方法包括：

光學(xué)測量系統(tǒng)包括：激光器、光學(xué)衰減組、衰減片、相機(jī)、電動(dòng)位移臺(tái)；

所述電動(dòng)位移臺(tái)控制所述相機(jī)移動(dòng)到z₁位置，通過所述相機(jī)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(dòng)位移臺(tái)控制所述相機(jī)移動(dòng)到能夠明顯看出光斑大小變化的z₂位置，通過所述相機(jī)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(jì)算機(jī)分別對第一光斑圖像和第二光斑圖像進(jìn)行計(jì)算獲得第一光斑圖像和第二光斑圖像的強(qiáng)度矩陣I₁，I₂；

構(gòu)造所述第一光斑圖像復(fù)振幅的目標(biāo)函數(shù)；

計(jì)算激光的實(shí)際波前傾斜；

根據(jù)所述實(shí)際波前傾斜、所述目標(biāo)函數(shù)和所述第二光斑圖像計(jì)算所述第一光斑圖像的復(fù)振幅。

可選的，所述構(gòu)造所述第一光斑圖像復(fù)振幅的目標(biāo)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(jìn)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；