[发明专利]一种高分辨波前检测装置及波前复原方法

权利要求书

1.一种高分辨波前检测装置，其特征在于：包括缩束器、分光镜组以及数据处理系统；所述分光镜组包括第一分光镜、第二分光镜以及第三分光镜，所述第一分光镜沿缩束器出射光方向设置，第一分光镜将光束分为子光束A与子光束B，所述子光束A进入第二分光镜，所述第二分光镜将子光束A分为子光束C与子光束D，且沿子光束C设有第一波前传感器，沿子光束D设有第二波前传感器；所述子光束B进入第三分光镜，所述第三分光镜将子光束B分为子光束E与子光束F，沿子光束E方向设有第三波前传感器，沿子光束F设有第四波前传感器；所述第一波前传感器输出端、第二波前传感器输出端、第三波前传感器输出端以及第四波前传感器输出端均与所述数据处理系统输入端连接；所述波前传感器包括微透镜阵列与面阵相机；所述面阵相机的靶面与所述微透镜阵列的焦平面重合；

通过波前传感器测量与波前传感器相对应的点的斜率，得到不同斜率组组成的斜率矩阵G；

设哈特曼波前传感器a(2)、哈特曼波前传感器b(3)、哈特曼波前传感器c(4)、哈特曼波前传感器d(5)依次为SH1、SH2、SH3和SH4；设SH1测量的(x,y)＝((2i-1)d,(2j-1)d)处的斜率为i＝1,2,...,I，j＝1,2,...,J，上标f表示第一个，x和y分别表示沿x轴和y轴两个方向；SH2测量的(x,y)＝((2i-1)d,2jd)位置的斜率为s表示第二个；SH3测量的(x,y)＝(2id,(2j-1)d)位置的斜率为t表示第三个；SH4测量的(x,y)＝(2id,2jd)位置的斜率为fo表示第四个；待测点阵处的相位为m＝1,2,...,2I+1，n＝1,2,...,2J+1，d表示波前测量的空间分辨率；为简化表示，令M＝2I+1，N＝2J+1；

根据测量模型，四个哈特曼波前传感器模块组合的波前测量问题可表述为：已知i＝1,2,...,I，j＝1,2,...,J，求m＝1,2,...,2I+1，n＝1,2,...,2J+1；

由定义知，各个哈特曼相机测量的各点处x方向和y方向的斜率与波前相位的关系为

式中，i＝1,2,...,I，j＝1,2,...,J；

通过波前传感器测量的相对应的点的横轴方向与竖轴方向的斜率矩阵G与波前相位的关系，推导出波前方程其中D为波前测量的空间分辨率：上式所示的方程组一共有8IJ个方程，将其表示为矩阵形式为：

2.根据权利要求1所述的一种高分辨波前检测装置，其特征在于：所述微透镜阵列设有若干个子透镜。

3.根据权利要求2所述的一种高分辨波前检测装置，其特征在于：所述波前传感器为哈特曼波前传感器。

4.根据权利要求1、2、3任一所述的一种高分辨波前检测装置的波前复原方法，其特征在于：所述高分辨波前检测装置的波前复原方法包括：

A.通过波前传感器测量与波前传感器相对应的点的斜率，得到不同斜率组组成的斜率矩阵G；

B.通过波前传感器测量的相对应的点的横轴方向与竖轴方向的斜率矩阵G与波前相位的关系，推导出波前方程其中D为波前测量的空间分辨率；

C.通过波前方程推导出波前传感器的高分辨率波前复原算法其中D⁺为D的广义逆矩阵，且是波前传感器模块及其相对空间布局决定的已知矩阵；

D.通过编程对离焦、像散以及慧差三种相差对波前复原算法进行检验，验证波前复原算法的正确性。

5.根据权利要求4所述的一种高分辨波前检测装置的波前复原方法，其特征在于：所述步骤C的具体操作方法包括：所述波前复原算法基于所有波前传感器的高分辨率波前复原算法。

6.根据权利要求5所述的一种高分辨波前检测装置的波前复原方法，其特征在于：所述步骤D具体的操作步骤包括：通过编程对离焦、像散以及慧差三种相差对波前复原算法进行数值计算，得出复原波前分布数据，若复原波前分布数据与原始分布数据保持一致性，则推导的波前复原算法为正确算法。