[發明專利]基于指向調制微透鏡陣列的波前傳感器及波前檢測方法

有效

• 申請號: 202011485048.8
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112729570B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 武春風;董理治;王勛;陳善球;吳豐陽;鄧鍵;馬社;王曉丹
• 申請（專利權）人: 航天科工微電子系統研究院有限公司
• 主分類號: G01J9/00
• 分類號: G01J9/00;G02B3/00;G02B27/00
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 賈年龍

本發明公開了一種基于指向調制微透鏡陣列的波前傳感器及波前檢測方法，包括指向調制微透鏡陣列和光電探測器陣列，光電探測器陣列安裝在指向調制微透鏡陣列的焦面上；指向調制微透鏡陣列中光軸上的子透鏡僅對光束聚焦，不對光束偏轉，其余子透鏡均使光束向光軸方向進行偏轉并聚焦，待測光束被各子透鏡聚焦后的光斑均位于光電探測器陣列上等；本發明解決了縮束望遠鏡占用體積、重量較大的問題，顯著減小波前傳感器的體積和重量。

技術領域

本發明涉及光學檢測領域，更為具體的，涉及基于指向調制微透鏡陣列的波前傳感器及波前檢測方法。

背景技術

夏克—哈特曼波前傳感器借助微透鏡陣列對光束進行分割采樣，利用陣列光電探測器測量子光斑位置得到光束波前的梯度分布，進而復原出整個波前，被廣泛應用于光學檢測、自適應光學等領域的波前探測。通常待測光束口徑顯著大于陣列光電探測器尺寸，需要首先使用望遠鏡縮小入射光束尺寸，然后進入微透鏡陣列，最后由光電探測器陣列探測。對于大口徑夏克—哈特曼波前傳感器，縮束望遠鏡尺寸和重量往往較大。

通常減小夏克—哈特曼波前傳感器尺寸和重量的方法，往往是通過改進光學設計來降低縮束望遠鏡的體積。然而為了保證像質，縮束望遠鏡的尺寸不能持續減小，存在下限。目前，尚未見到基于指向調制微透鏡陣列、無需縮束望遠鏡的平板夏克—哈特曼波前傳感器的報道。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供基于指向調制微透鏡陣列的波前傳感器及波前檢測方法，解決了縮束望遠鏡占用體積、重量較大的問題，顯著減小波前傳感器的體積和重量。

本發明的目的是通過以下方案實現的：

基于指向調制微透鏡陣列的波前傳感器，包括指向調制微透鏡陣列和光電探測器陣列，光電探測器陣列安裝在指向調制微透鏡陣列的焦面上；指向調制微透鏡陣列中光軸上的子透鏡僅對光束聚焦，不對光束偏轉，其余子透鏡均使光束向光軸方向進行偏轉并聚焦，待測光束被各子透鏡聚焦后的光斑均位于光電探測器陣列上。

進一步地，所述指向調制微透鏡陣列包括(2N+1)×(2N+1)個子透鏡，每個子透鏡邊長為D，中心位置坐標為(x_mn，y_mn)，其中m＝1,2,3…2N+1,n＝1,2,3…2N+1,x_mn＝(n-N-1)D，y_mn＝(-m+N+1)D；

每個子透鏡對應光電探測器陣列上的一個正方形子孔徑，中心位置坐標為(x_smn，y_smn)，其中x_smn＝(n-N-1)D_s，y_smn＝(-m+N+1)D_s，D_s是光電探測器陣列上的子孔徑間隔；每個子透鏡的焦距f_mn為：

其中，f₀是指向調制微透鏡陣列1中位于光軸上子孔徑的焦距，該子孔徑的中心位置坐標為(0,0)；每個子透鏡引入x方向的指向調制θ_xmn為：

引入y方向的指向調制θ_ymn為：

其中，arctan表示反正切函數，每個子透鏡引入的相位調制為：

其中，λ是待測光束的波長，且

進一步地，所述光電探測器陣列包括CCD相機、CMOS相機、紅外焦平面陣列、APD陣列中的任一種。

進一步地，所述指向調制微透鏡陣列包括通過光刻方法在石英基片上生成的指向調制微透鏡陣列和由液晶空間光調制器生成的指向調制微透鏡陣列中的任一種。