[發(fā)明專利]一種基于分束元件的單次曝光復(fù)振幅測量裝置和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110061437.6
• 申請日: 2021-01-18
• 公開（公告）號: CN112880844B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 潘興臣;徐英明;劉誠;朱健強
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所
• 主分類號: G01J9/00
• 分類號: G01J9/00;G01J11/00
• 代理公司: 上海恒慧知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

1.一種基于分束元件的單次曝光復(fù)振幅測量裝置，包括波前分束模塊(1)、波前調(diào)制模塊(2)，光斑探測器(3)和控制及計算模塊(4)；其特征在于，還包括成像模塊(5)和光闌(6)；

所述的波前分束模塊(1)，用于將待測光束進行分束并產(chǎn)生光束陣列，每一束角度各不相同，且分束角度能夠保證存在一個平面，各個子光束空間可精確分離；

所述的波前調(diào)制模塊(2)用于對入射的光束陣列進行波前調(diào)制，其復(fù)振幅透過率需要精確已知，可以為振幅、相位或者復(fù)振幅類型的波前調(diào)制器；

所述的光斑探測器(3)用于記錄光斑分布，各個子光斑之間無特定要求，可以存在部分重疊或者完全分離；

所述的控制及計算模塊(4)用于控制光斑探測器(3)，用于記錄并存儲衍射光斑并對數(shù)據(jù)進行算法處理；

所述的成像模塊(5)位于波前分束模塊(1)之前，用于對入射光場成實像于波前分束模塊(1)和波前調(diào)制模塊(2)之間，且由于波前分束模塊(1)的存在，所述實像面存在多個子像陣列，且各個子像之間空間完全分離；

所述的光闌(6)位于波前分束模塊(1)和波前調(diào)制模塊(2)之間，且位于成像模塊(5)所成實像面上，用于濾掉波前分束模塊(1)產(chǎn)生的不需要的子像。

2.一種基于分束元件的單次曝光復(fù)振幅測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1)通過光斑探測器(3)記錄待測光場依次經(jīng)過波前分束模塊(1)、波前調(diào)制模塊(2)后的衍射光斑，記為I；

步驟2)利用控制及計算模塊(4)對衍射光斑I在光斑探測器(3)所在平面P1、波前調(diào)制模塊(2)所在平面P2和子光斑空間分離的平面P3之間進行迭代計算，其中平面P3為空間域平面或頻率域平面，計算方法包括以下步驟：

①設(shè)定初始值，包括：隨機猜測平面P3上各個子光束的分布為其中n＝1,2...N，A為隨機猜測的待測光場復(fù)振幅，τ_n為各個子光束之間的能量修正系數(shù)，由波前分束模塊(1)分束特性決定，為波前分束模塊(1)所引入的相位傾斜因子，各個子光束之間相位傾斜因子為固定值，N為子光束的總數(shù)；

②計算N個子光束從平面P3傳播到波前調(diào)制模塊(2)所在平面P2的光場，并得到波前調(diào)制模塊(2)的照明光其中表示從平面P3到平面P2的正向傳播過程，k為迭代次數(shù)；

③計算波前調(diào)制模塊(2)出射光傳播到光斑探測器(3)所在平面P1的光場分布其中T為波前調(diào)制模塊(2)的復(fù)振幅透過率函數(shù)，表示從平面P2到平面P1的正向傳播過程；

④利用記錄的光斑I對進行振幅更新，得到更新后的其中ψ()表示取相位，同時計算對應(yīng)的誤差

⑤將逆向傳播到波前調(diào)制模塊(2)所在平面P2，并對波前調(diào)制模塊(2)的照明光進行更新，得到更新后的照明光其中表示從平面P1到平面P2的傳播過程，*表示取共軛；

照明光傳播到子光斑空間分離的平面P3的光場分布表示從平面P2到平面P3的傳播過程，并對其進行空間截取，獲得N個子光束其中Fxy_n為第n個子光束對應(yīng)的孔函數(shù)；

⑥對N個子光束施加頻譜面濾波限制條件從而獲得更新后的N個子光束公式如下：

式中，為傅里葉變換，為傅里葉逆變換，Hxy_n為第n個子光束對應(yīng)的孔函數(shù)，孔半徑隨著迭代次數(shù)的增大不斷增大；

⑦對N個子光束進行平移重疊，并根據(jù)能量系數(shù)τ_n取平均，得到更新后的待測光場分布并根據(jù)獲得更新后的N個子光束分布同時作為下一次迭代計算的初始猜測。

⑧重復(fù)步驟②-⑦，直到誤差RMS趨于穩(wěn)定，最終獲得準確的入射光場復(fù)振幅分布A。