[发明专利]一种可调控超瑞利散斑场的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学测试与显微应用技术领域，具体涉及一种可调控超瑞利散斑场的制作装置及其制作方法。

背景技术

当相干光照射到散射介质上时，在透射场或反射场会产生明暗相间的颗粒状散斑图案；散斑的产生是由散射微粒的散射子波空间相干形成的。若散射介质的表面起伏大于入射光波长，散斑光场的强度分布符合瑞利统计，此时散斑场的光强遵从负e指数分布；对瑞利散斑场来说，其散斑图的对比度值为1。

许多基础研究和应用领域要求散斑场的统计特性和光强分布可自由调控，这些散斑场的光强统计特性都不符合瑞利统计分布。根据对比度值大于1还是小于1，将非瑞利统计散斑分为超瑞利散斑和亚瑞利散斑；在非瑞利统计散斑场中，对比度值小于1的亚瑞利散斑场实质上是部分散射散斑场，这种散斑场相对而言比较容易实现，而对比度值大于1的超瑞利散斑场的产生是一个难题。

此外，在散斑照明成像中，照明散斑光场的散斑大小也是一个重要的参数。由于散斑研究属于复合统计光学领域，对同一探测平面而言，若散斑尺寸太大，则探测平面内的散斑数量过少，使得样本中采样点数过少导致分析误差偏大；然而，散斑尺寸太小的话，探测平面内的采样点数太多导致计算量激增，降低了数据处理效率；因此，控制散斑场中的散斑大小非常重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种可调控超瑞利散斑场的制作装置及其制作方法，可在线制作散斑大小和对比度值可调控的超瑞利散斑场。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：一种可调控超瑞利散斑场的制作装置，包括一连续波激光器、计算机I以及计算机II，在该连续波激光器的光束前进方向上依次设有可调激光衰减器、针孔滤波器、透镜、起偏器I以及分束镜，分束镜另外两个不同的光束前进方向上，其中一个光束前进方向上设有反射式空间光调制器，另一个光束前进方向上设有检偏器I、光阑I、起偏器II、透射式空间光调制器、检偏器II、光阑II、傅里叶透镜、CCD相机；其中，反射式空间光调制器和CCD相机与计算机I相连，反射式空间光调制器上的图像由计算机I写入；经过透射式空间光调制器后产生的散斑场信息经CCD相机成像后，存储到计算机I中；透射式空间光调制器与计算机II相连；所述的透射式空间光调制器位于傅里叶透镜的前焦平面上，所述的CCD相机位于傅里叶透镜的后焦平面上。

利用上述装置制作可调控超瑞利散斑场的方法，具体制作步骤为：步骤一、利用计算机II，采用波长为l的入射光透过漫射体，制作复振幅分布为E_Ray的瑞利散斑场，，其中，漫射体所在平面为αβ平面，目标所在平面为平面，平面与αβ平面间的距离为z₀；P（α，β）为光瞳函数，，表示取矩形函数；φ（α，β）表示漫射体的复振幅透过率函数，其取值为在0~2p之间随机分布的相位矩阵；其中，a、b均为正数；j为虚数单位，k为波数；

步骤二、对瑞利散斑场的复振幅分布加上一个指数因子S，得到超瑞利散斑场，超瑞利散斑场的复振幅分布为，S取大于1的整数；

步骤三、对超瑞利散斑场的复振幅分布进行傅里叶逆变换，并取其相位矩阵，，其中，表示取傅里叶逆变换，表示取相位；

步骤四、利用计算机II，将步骤三获得的相位矩阵输入透射式空间光调制器；

步骤五、利用计算机I，生成拉盖尔-高斯光束复振幅分布与闪耀光栅复振幅分布叠加后的相位图用表示，其中，，为缔合拉盖尔多项式；r、θ为极坐标；为光束束腰半径，单位为毫米；m为角向指数，m取整数；p为径向指数，P取非负整数；A₀为振幅常数；；其中，j为虚数单位，k为波数；

步骤六、利用计算机I，将步骤五生成的相位图输入到反射式空间光调制器中；

步骤七、打开连续波激光器，连续波激光器射出的激光束依次经过可调激光衰减器、针孔滤波器、透镜、起偏器I、分束镜后，照射在反射式空间光调制器上，经过反射式空间光调制器反射后的光束为拉盖尔-高斯涡旋光束，拉盖尔-高斯涡旋光束依次经过分束镜、检偏器I、光阑I、起偏器II，照射在透射式空间光调制器上后，产生散斑光束，散斑光束依次经过检偏器II、光阑II、傅里叶透镜后，进入CCD相机成像，所成超瑞利散斑图像存储进计算机I，超瑞利散斑图像用Is表示；

步骤八、利用散斑图像对比度定义公式计算出超瑞利散斑图像Is的对比度值，其中<…>表示取系综平均；该对比度公式为信息光学领域公知；