[發(fā)明專利]一種用于光束整形元件在線情形的瞬態(tài)波前畸變測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811054416.6
• 申請(qǐng)日: 2018-09-11
• 公開（公告）號(hào): CN109186956B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾發(fā);代萬俊;薛嶠;張曉璐;王德恩;龍蛟;宗兆玉;趙軍普;李森;田曉琳;梁樾;張君;彭志濤;胡東霞;鄭奎興
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號(hào): G01M11/02
• 分類號(hào): G01M11/02
• 代理公司: 北京同輝知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11357
• 代理人: 張明利

1.一種用于光束整形元件在線情形的瞬態(tài)波前畸變測(cè)量方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：獲得參考光斑圖像，所述參考光斑圖像和實(shí)際光斑圖像通過夏克-哈特曼波前傳感器獲得，所述光束整形元件為靜態(tài)的相位板、透過率調(diào)制器件、可動(dòng)態(tài)調(diào)控的相位調(diào)制元件、可動(dòng)態(tài)調(diào)控的振幅調(diào)制元件、反射式元件或同時(shí)具備相位及振幅調(diào)制特性元件，所述參考光斑圖像的獲得方法包括以下步驟：

S11：設(shè)定入射光束為理想波前畸變，結(jié)合現(xiàn)有裝調(diào)工藝水平限定光束整形元件沿x、y、z軸平移及轉(zhuǎn)動(dòng)方向存在的裝調(diào)位姿誤差區(qū)間，在所述裝調(diào)位姿誤差區(qū)間進(jìn)行離散采樣，得到各種位姿誤差狀態(tài)下對(duì)應(yīng)的計(jì)算光斑圖像庫(kù)；

S12：光束整形元件在線情形下，按照夏克-哈特曼波前傳感器中的子孔徑分布，將采集得到的光斑圖像、計(jì)算光斑圖像庫(kù)分別劃分為若干個(gè)子孔徑，計(jì)算各子孔徑內(nèi)采集得到的光斑圖像與計(jì)算光斑圖像之間的累計(jì)相關(guān)系數(shù)，取累計(jì)相關(guān)系數(shù)最大值對(duì)應(yīng)的計(jì)算光斑圖像作為參考光斑圖像；

所述步驟S11中，設(shè)定光束整形元件存在的裝調(diào)位姿誤差為：{Δx，Δy，Δθ_x，Δθ_y，Δθ_z}，其中，Δx，Δy分別表示光束整形元件沿x、y軸存在的裝調(diào)平移偏差量，Δθ_x，Δθ_y，Δθ_z分別表示光束整形元件沿x、y、z軸存在的裝調(diào)角度偏差量，結(jié)合現(xiàn)有裝調(diào)工藝水平分別限定各裝調(diào)維度的位姿誤差區(qū)間，在所述位姿誤差區(qū)間內(nèi)對(duì)各種位姿誤差量分別進(jìn)行離散采樣，根據(jù)光場(chǎng)衍射傳輸理論，結(jié)合光束整形元件對(duì)應(yīng)的光場(chǎng)調(diào)制信息，計(jì)算得到各種位姿誤差狀態(tài)下對(duì)應(yīng)的光斑圖像庫(kù)并標(biāo)記為Ical_i,i＝1,2,......,M，其中，M表示通過離散采樣方式獲得的裝調(diào)位姿誤差狀態(tài)總數(shù)目；

所述步驟S12中，包括以下步驟：

S121：采集得到的光斑圖像標(biāo)記為Imea，將采集得到的光斑圖像、計(jì)算光斑圖像庫(kù)分別劃分為N個(gè)子孔徑，分別記為{Imea¹，Imea²，......，Imea^N}，

S122：設(shè)定則：

其中，F(xiàn)表示傅里葉變換算符，表示對(duì)采集得到的光斑圖像預(yù)處理后的結(jié)果，.*表示矢量乘積算符，C_i表示采集得到的光斑圖像與第i幅計(jì)算光斑圖像之間的累計(jì)相關(guān)系數(shù)；

S123：令[C_max,k]＝max{C_i,i＝1,2,......,M}，其中，C_max、k分別表示計(jì)算光斑圖像與采集得到的光斑圖像累計(jì)相關(guān)系數(shù)的最大值及所述最大值對(duì)應(yīng)的計(jì)算光斑圖像幀序列值，將所述圖像幀序列值對(duì)應(yīng)的計(jì)算光斑圖像Ical_k作為參考光斑圖像；

S2：采集入射光束對(duì)應(yīng)的實(shí)際光斑圖像，選定子孔徑區(qū)域，將實(shí)際光斑圖像與參考光斑圖像進(jìn)行比較，得到各子孔徑區(qū)域內(nèi)對(duì)應(yīng)的的相對(duì)偏移量，獲得入射光束的局部波前斜率；

S3：采用波前重構(gòu)算法完成入射光束中未知的波前畸變測(cè)量。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于光束整形元件在線情形的瞬態(tài)波前畸變測(cè)量方法，其特征在于，所述步驟S1中，所述參考光斑圖像的獲得方法為：

光束整形元件在線情形下，將夏克-哈特曼波前傳感器采集到的光斑圖像作為參考光斑圖像，同時(shí)，在光路中額外配置一個(gè)波前傳感器，測(cè)得入射光束傳輸至光束整形元件處且尚未經(jīng)過光束整形元件時(shí)的波前分布作為系統(tǒng)誤差。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于光束整形元件在線情形的瞬態(tài)波前畸變測(cè)量方法，其特征在于，所述步驟S2中，采用空域類方法計(jì)算實(shí)際光斑圖像與參考光斑圖像在夏克-哈特曼波前傳感器各子孔徑區(qū)域內(nèi)對(duì)應(yīng)的相對(duì)偏移量，包括以下步驟：

S21：設(shè)定某子孔徑內(nèi)實(shí)際光斑圖像、參考光斑圖像分別為Imea(x,y)，Iref(x,y)；

S22：設(shè)定目標(biāo)函數(shù)為其中，ɑ、x₀、y₀為待求解系數(shù)，ɑ與圖像采集時(shí)的曝光時(shí)間有關(guān)，計(jì)算目標(biāo)函數(shù)Espa的極小值，獲得的解為(x₀,y₀)，即為所述某子孔徑內(nèi)實(shí)際光斑圖像與參考光斑圖像的相對(duì)偏移量。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于光束整形元件在線情形的瞬態(tài)波前畸變測(cè)量方法，其特征在于，采用頻域類方法計(jì)算實(shí)際光斑圖像與參考光斑圖像在夏克-哈特曼波前傳感器各子孔徑區(qū)域內(nèi)對(duì)應(yīng)的相對(duì)偏移量，包括以下步驟：

S21：設(shè)定某子孔徑內(nèi)實(shí)際光斑圖像、參考光斑圖像分別為Imea(x,y)，Iref(x,y)；

S22：設(shè)定目標(biāo)函數(shù)為其中，F(xiàn)^*_Imea表示某子孔徑內(nèi)實(shí)際光斑圖像對(duì)應(yīng)傅里葉變換的共軛，F(xiàn)_Iref表示某子孔徑內(nèi)參考光斑圖像對(duì)應(yīng)的傅里葉變換，(u,v)表示頻域坐標(biāo)，P、Q分別表示實(shí)際光斑圖像沿x、y軸方向的采樣點(diǎn)數(shù)，計(jì)算目標(biāo)函數(shù)E_freq的極小值，獲得的解為(x₀,y₀)，即為所述某子孔徑內(nèi)實(shí)際光斑圖像與參考光斑圖像的相對(duì)偏移量。