[发明专利]一种用于光束整形元件在线情形的瞬态波前畸变测量方法

权利要求书

1.一种用于光束整形元件在线情形的瞬态波前畸变测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：获得参考光斑图像，所述参考光斑图像和实际光斑图像通过夏克-哈特曼波前传感器获得，所述光束整形元件为静态的相位板、透过率调制器件、可动态调控的相位调制元件、可动态调控的振幅调制元件、反射式元件或同时具备相位及振幅调制特性元件，所述参考光斑图像的获得方法包括以下步骤：

S11：设定入射光束为理想波前畸变，结合现有装调工艺水平限定光束整形元件沿x、y、z轴平移及转动方向存在的装调位姿误差区间，在所述装调位姿误差区间进行离散采样，得到各种位姿误差状态下对应的计算光斑图像库；

S12：光束整形元件在线情形下，按照夏克-哈特曼波前传感器中的子孔径分布，将采集得到的光斑图像、计算光斑图像库分别划分为若干个子孔径，计算各子孔径内采集得到的光斑图像与计算光斑图像之间的累计相关系数，取累计相关系数最大值对应的计算光斑图像作为参考光斑图像；

所述步骤S11中，设定光束整形元件存在的装调位姿误差为：{Δx，Δy，Δθ_x，Δθ_y，Δθ_z}，其中，Δx，Δy分别表示光束整形元件沿x、y轴存在的装调平移偏差量，Δθ_x，Δθ_y，Δθ_z分别表示光束整形元件沿x、y、z轴存在的装调角度偏差量，结合现有装调工艺水平分别限定各装调维度的位姿误差区间，在所述位姿误差区间内对各种位姿误差量分别进行离散采样，根据光场衍射传输理论，结合光束整形元件对应的光场调制信息，计算得到各种位姿误差状态下对应的光斑图像库并标记为Ical_i,i＝1,2,......,M，其中，M表示通过离散采样方式获得的装调位姿误差状态总数目；

所述步骤S12中，包括以下步骤：

S121：采集得到的光斑图像标记为Imea，将采集得到的光斑图像、计算光斑图像库分别划分为N个子孔径，分别记为{Imea¹，Imea²，......，Imea^N}，

S122：设定则：

其中，F表示傅里叶变换算符，表示对采集得到的光斑图像预处理后的结果，.*表示矢量乘积算符，C_i表示采集得到的光斑图像与第i幅计算光斑图像之间的累计相关系数；

S123：令[C_max,k]＝max{C_i,i＝1,2,......,M}，其中，C_max、k分别表示计算光斑图像与采集得到的光斑图像累计相关系数的最大值及所述最大值对应的计算光斑图像帧序列值，将所述图像帧序列值对应的计算光斑图像Ical_k作为参考光斑图像；

S2：采集入射光束对应的实际光斑图像，选定子孔径区域，将实际光斑图像与参考光斑图像进行比较，得到各子孔径区域内对应的的相对偏移量，获得入射光束的局部波前斜率；

S3：采用波前重构算法完成入射光束中未知的波前畸变测量。

2.根据权利要求1所述的一种用于光束整形元件在线情形的瞬态波前畸变测量方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述参考光斑图像的获得方法为：

光束整形元件在线情形下，将夏克-哈特曼波前传感器采集到的光斑图像作为参考光斑图像，同时，在光路中额外配置一个波前传感器，测得入射光束传输至光束整形元件处且尚未经过光束整形元件时的波前分布作为系统误差。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于光束整形元件在线情形的瞬态波前畸变测量方法，其特征在于，所述步骤S2中，采用空域类方法计算实际光斑图像与参考光斑图像在夏克-哈特曼波前传感器各子孔径区域内对应的相对偏移量，包括以下步骤：

S21：设定某子孔径内实际光斑图像、参考光斑图像分别为Imea(x,y)，Iref(x,y)；

S22：设定目标函数为其中，ɑ、x₀、y₀为待求解系数，ɑ与图像采集时的曝光时间有关，计算目标函数Espa的极小值，获得的解为(x₀,y₀)，即为所述某子孔径内实际光斑图像与参考光斑图像的相对偏移量。

4.根据权利要求1或2所述的一种用于光束整形元件在线情形的瞬态波前畸变测量方法，其特征在于，采用频域类方法计算实际光斑图像与参考光斑图像在夏克-哈特曼波前传感器各子孔径区域内对应的相对偏移量，包括以下步骤：

S21：设定某子孔径内实际光斑图像、参考光斑图像分别为Imea(x,y)，Iref(x,y)；

S22：设定目标函数为其中，F^*_Imea表示某子孔径内实际光斑图像对应傅里叶变换的共轭，F_Iref表示某子孔径内参考光斑图像对应的傅里叶变换，(u,v)表示频域坐标，P、Q分别表示实际光斑图像沿x、y轴方向的采样点数，计算目标函数E_freq的极小值，获得的解为(x₀,y₀)，即为所述某子孔径内实际光斑图像与参考光斑图像的相对偏移量。