[發明專利]一種基于分束元件的單次曝光復振幅測量裝置和方法

有效

• 申請號: 202110061437.6
• 申請日: 2021-01-18
• 公開（公告）號: CN112880844B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 潘興臣;徐英明;劉誠;朱健強
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01J9/00
• 分類號: G01J9/00;G01J11/00
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種基于分束元件的單次曝光復振幅測量裝置和方法，待測光束經過分束元件可以分為多個相同波前分布的光束，利用這種特點可以通過多個相同光束取平均的方法提高單次曝光的測量精度，降低恢復待測物體的噪聲水平。這種方法可以只用一幅光強衍射光斑恢復得到高精度待測的波前復振幅分布。

技術領域

本發明涉及單次曝光的光束復振幅測量或者待測物體的測量，特別是微小物體及復雜波前的測量，特別是一種基于分束元件的單次曝光復振幅測量裝置和方法，該單次曝光方法具有節省時間，測量分辨率高，噪聲低等特點。

背景技術

單次曝光測量光束波前復振幅的方法，可以有效縮減測量時間，并且單次曝光的測量方法在脈沖光束的測量和超快事件的測量方面有重要的應用。單次曝光且恢復質量較好的光束復振幅測量方法通常采用離軸數字全息技術，離軸數字全息技術可以將物光的復振幅有效且快速地進行重建(T.Kakue,K.Tosa,J.Yuasa,T.Tahara,Y.Awatsuji,K.Nishio,S.Ura,and T.Kubota,“Digital light-in-flight recording by holography by use ofafemtosecond pulsed laser,”IEEE J.Sel.Top.Quantum Electron.18,479–485(2012).)，但是它需要引入質量較好的參考光束，從而制約了其在短脈沖測量和超快現象中的有效測量。另外一種單次曝光的復振幅測量方法可以采用相干調制成像技術，相干調制成像技術(Zhang F,Chen B,Morrison G R,et al.Phase retrieval by coherentmodulation imaging[J].Nature Communications,2016,7:13367.)利用隨機相位調制板對波前的相位進行已知調制并結合迭代算法對待測光束或者物體進行重建，該方法需要較強的相位調制即密度較高的隨機相位調制板，這種相位板的標定誤差及其固有的高頻信息對實驗恢復質量存在較大的影響。因此研究同軸測量，測量分辨率較高且噪聲小的單次曝光復振幅測量技術，在需要一次性測量且對測量時間有要求的短脈沖波前測量或者超快現象的復振幅測量方面有重要的作用。

發明內容

本發明針對上述單次曝光的復振幅測量技術的局限性，提出一種基于分束元件的單次曝光復振幅測量裝置和方法，利用分束元件將被測波前分為多個分布相同但是傾斜因子不同的光束陣列結合迭代算法將被測波前的復振幅進行恢復重建。該方法不需要理想的參考光束，同樣使用了波前調制器，但是采用調制能力較弱的調制物體對被測光束的波前進行調制就可以重建得到分辨率較高且噪聲較小的待測波前，特點在于降低了波前調制的標定難度和高頻信息的分布范圍，得以記錄到待測波前的細節信息。

本發明的技術解決方案如下：

一種基于分束元件的單次曝光復振幅測量裝置，其特點在于，包括波前分束模塊、波前調制模塊，光斑探測器和控制及計算模塊；

所述的波前分束模塊將待測光束進行分束并產生光束陣列，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；

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

所述的光斑探測器用于記錄光斑分布，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用于控制光斑探測器，用于記錄并存儲衍射光斑并對數據進行算法處理。

一種基于分束元件的單次曝光復振幅測量裝置，其特點在于，還包括成像模塊和光闌；

所述的成像模塊位于波前分束模塊之前，用于對入射光場成實像于波前分束模塊和波前調制模塊之間，且由于波前分束模塊的存在，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；