[发明专利]基于光学衍射元件的激光散斑抑制的实现系统

权利要求书

1.一种基于光学衍射元件的激光散斑抑制的实现系统，其特征在于：包括光学模块和电学控制模块，所述光学模块包括调制透镜组件、二元光学衍射元件和聚焦物镜，所述调制透镜组件、二元光学衍射元件和聚焦物镜位于同一光轴上，激光器射出的激光束通过所述调制透镜组件进行扩束、整形和校准，正入射所述二元光学衍射元件的平面，所述二元光学衍射元件可水平移动地安装在水平导轨上，所述二元光学衍射元件的下表面与水平面呈夹角；所述电学控制模块，用以控制二元光学衍射元件以设定的运动速度和夹角水平移动；所述夹角为0.5°-4.4°，所述设定的运动速度为1.0-2.5mm/s。

2.如权利要求1所述的基于光学衍射元件的激光散斑抑制的实现系统，其特征在于：所述调制透镜组件包括并排布置的两个调制透镜，所述激光器、两个调制透镜、二元光学衍射元件和聚焦物镜同轴布置。

3.如权利要求1所述的基于光学衍射元件的激光散斑抑制的实现系统，其特征在于：所述电学控制模块还包括用于计算获得运动速度和夹角的激光散斑抑制控制单元，计算过程如下：

1)光学衍射元件的透射率函数设为t(x₀,y₀)，光学衍射元件后平面P′₀光场的复振幅表示为：

U′₀(x₀,y₀)＝t(x₀,y₀)U₀(x₀,y₀)＝t(x₀,y₀) (1)

x₀,y₀是光学衍射元件前平面P₀上的坐标，U₀(x₀,y₀)是光学衍射元件前平面P₀光场的振幅，且U₀(x₀,y₀)＝1；

2)光束达到聚焦物镜，符合菲涅耳衍射条件，由菲涅耳衍射公式得到平面P₁上光场的复振幅为：

x₁,y₁是平面p₁上的坐标；

3)光束从聚焦物镜的前表面传播到透镜的后表面，此时平面P₁′上光场的复振幅为：

其中w₀为透镜5中心的厚度，f为透镜的焦距，且透镜总是具有一定的尺寸，圆形孔径半径为r₀的透镜的孔径函数即光瞳函数P(x₁,y₁)为：

这样有：

4)光束从聚焦物镜到观测屏的过程符合菲涅耳衍射条件，由菲涅耳衍射公式得到平面P_i上光场的复振幅为：

将(4)式代入(5)式，可得：

得到在整个区域内都有P(x₁,y₁)＝1，将(2)式代入(6)式整理化简得到：

其中x_i,y_i是平面p_i上的坐标；

将(1)式代入(7)式，并且化简整理得到成像屏幕上的光场分布复振幅为：

式中：A表示式中出现的复常数；

5)设定算符Q，使得U_i(x_i,y_i)＝Q[t(x₀,y₀)],现在引入CCD相机成像系统的点扩散函数H(x_i,y_i；x_j,y_j),则CCD相机成像平面上的光场分布的复振幅为：

其中x_j,y_j是平面p_i上的坐标；

6)光学衍射元件于水平方向运动与水平方向成α的倾斜角，将速度分解成引入运动导致在CCD上得到新的光场分布：

7)由光场强度公式I(x_j,y_j)＝|U(x_j,y_j)|²得到在CCD曝光时间内捕获到的散斑图像强度为:

Δt为CCD相机曝光时间，|U(x_j,y_j)|²表示被测散斑图像在时刻t′∈[t,t+Δt]处的强度分布，则检测到的散斑强度的平均值为：

则散斑图像强度的二阶矩表示为：

公式中所涉及到的x₀₁,x₀₂,y₀₁,y₀₂,t’,t”是为了计算需要的中间参数；

8)根据Goodman的散斑统计理论，被检测到的散斑图像的对比度C为：

变量(x₀,y₀)同时也为透射系数函数的坐标，(x_j,y_j)为CCD相机曝光屏上的坐标，在同一次的测量过程中看作是定值；只考虑变量v_x,v_y，设置算符F,使得：

将(15)式代入(14)式化简整理得到：

其中：v表示二元光学衍射元件的移动速度，a是二元光学衍射元件和水平面的夹角。