[发明专利]基于衍射重叠迭代算法的应力测量装置和方法

权利要求书

1.一种基于衍射重叠迭代算法测量物体应力的方法，采用应力测量装置包括激光器(1)，沿该激光器(1)的激光输出的光路方向依次是起偏器(2)、第一四分之一波片(3)、滤波器(4)、第一透镜(5)、载物台(6)、第二透镜(7)、第二四分之一波片(8)、检偏器(9)、夹持有衍射物体的平移台(10)、CCD(11)、电脑(12)，所述的CCD(11)的输出端和电脑(12)的输入端相连，所述的电脑(12)的输出端与所述的载物台(6)的控制端相连，所述的起偏器(2)、第一四分之一波片(3)、第二四分之一波片(8)、检偏器(9)可绕光轴旋转，所述的滤波器(4)的小孔位于所述的第一透镜(5)的前焦点，所述的第二透镜(7)的后焦点位于所述的第二四分之一波片(8)和检偏器(9)之间；其特征在于该方法包括下列步骤：

1)打开光源，将待测光学元件放在载物台上，并保证所述的待测光学元件位于沿所述光路中；

2)选取光轴方向为z方向，垂直光轴的面中的水平方向为实验参考系的x方向，该面内垂直x方向为y方向，调整起偏器(2)的偏振面为0°，第一四分之一波片为3π/4，第二四分之一波片为3π/4，并固定；

3)旋转所述的检偏器(9)的偏振面至0°，此时照明光为P1，令衍射物体(10)的起点为(1，1)，即s＝1，j＝1，s为X方向采集位置，j为Y方向采集位置，所述的CCD(11)在(s，j)位置采集衍射物体的衍射图像为I1_s(_j)，共采集N*M幅衍射图像I1_s(_j)，其中s＝1,2……N,j＝1,2,……M，N为X方向的最终测量的位置数，M为Y方向的最终测量的位置数；

4)旋转所述的检偏器的偏振面至90°，此时出射光P2，和步骤3)一样采集N*M幅衍射图像I2_s(_j)；

5)根据步骤3)所采集的衍射图像运用PIE迭代算法恢复出衍射物体(10)的复振幅分布和照明光P1的复振幅分布：

采集的N*M幅衍射图像按照随机次序s(j)，s＝1,2……N,j＝1,2,……M带入迭代，当所有衍射光强都用于一次更新后视为一次完整的迭代过程，具体步骤如下：

(1)首先给衍射物体一个初始的随机猜测O_n(r)，给照明光一个初始的随机猜测P1_n(r)；n为迭代次数，初始时n为0；衍射物体后的透射光场的复振幅分布为：

其中，R_s(j)为第s(j)个衍射光斑对应的照明光P1_n(r-R_s(j))和衍射物体O_n(r)的相对位移；

(2)将复振幅传递到光斑记录面，得到：

其中，u为光斑记录面的坐标，代表正向传播过程；

(3)对得到的衍射光斑ψ_n(u,R_s(j))进行振幅约束，用实际测量的光强I1_s(j)开方替代并按如下公式计算更新后的光场分布，并保留相位：

(4)将更新后的衍射光场反传回物体平面：

其中，表示逆向传输过程；

(5)利用下式对衍射物体和照明光进行更新：

其中，α和β为自选参数，α的作用是为防止|P1(r-R_s(j))|²为0时分母无意义，β为调节收敛步长的参数，反映的是更新比重，可取0～1的常数；

(6)将O_n′(r)作为初始输入，对下一个扫描位置重复上述步骤(1)-(5)，直到所有位置都进行一次更新后完成一次迭代，按下列公式计算误差：

若E_n小于某一设定的阈值时，则停止迭代，计算所得的O′_n(r)即为最终恢复结果，否则，再重复上述(1)-(5)步骤，直到E_n的值小于某一设定的阈值；

6)根据步骤4)所采集的衍射图像，运用PIE迭代算法重复步骤5)恢复出衍射物体(10)的复振幅分布和照明光P2的复振幅分布：

7)将每组恢复出来的照明光P1和P2，运用菲涅尔衍射公式往前传至第二透镜的后表面,除以透镜因子后，继续往前传到待测光学元件的后表面，得到待测元件在每种偏振状态下的复透射函数,他们对应的光强和相位分别是I₁和I₂，Φ₁和Φ₂。