[发明专利]一种通过单次曝光实现轴向相位差波前重建的装置及方法

权利要求书

1.一种通过单次曝光实现轴向相位差波前重建的方法，其特征在于，该方法基于通过单次曝光实现轴向相位差波前重建的装置来实现，所述通过单次曝光实现轴向相位差波前重建的装置包括激光器、扩束器、待测平板、会聚透镜、分光镜、反射镜一、反射镜二和图像采集装置，所述扩束器、待测平板、会聚透镜、分光镜依次设置在所述激光器的出射光路上，所述反射镜一和反射镜二分别位于所述分光镜的两个相互垂直的出射光路上，所述反射镜一和反射镜二与所述分光镜的距离不同，且分别相对于其所在出射光路倾斜布置；所述图像采集装置位于能够同时采集反射镜一、反射镜二的反射光的位置上，用于同时获取两幅不同离焦位置的衍射光斑；

该方法具体包括如下步骤：

S1：所述激光器产生光波，所述光波经过所述扩束器扩束、所述待测平板透射、所述分光镜分光成两个垂直的光束后，两个垂直的光束分别经所述反射镜一和反射镜二反光后，由所述图像采集装置同时获取两幅不同离焦位置的衍射光斑；

S2：根据功率谱密度计算两个不同频段范围的衍射光斑的最佳离焦位置，然后将所述的反射镜一和反射镜二分别移动到各自的最佳离焦位置，使用所述的图像采集装置采集含有待测平板信息的衍射光斑；

S3：对采集到的衍射光斑进行分割处理，获取两幅在各自最佳离焦位置上的衍射光斑；

S4：采用轴向相位差相位恢复方法，对S3处理得到的衍射光斑进行相位恢复，获得待测平板的复振幅；

所述的S4通过如下子步骤实现：

S4.1：分别设置支持域D、所述两幅衍射光斑对应的离焦量Δf₁，Δf₂、负反馈权重系数β、待测平板重建的迭代总数N、波前检测的初始迭代计数j＝1、待测平板重建初始估计值g¹(x,y)，其中，(x,y)为所述待测平板的坐标；

S4.2：由所述的待测平板位置衍射计算至第k个衍射光斑位置处，获得计算的衍射复振幅其中，

式中，代表衍射计算算子，g_k(x,y)表示待测平板第k个衍射光斑位置处的波前重建估计值；φ(x,y,Δf_k)是离焦项

这里的i²＝-1，是(x,y)的归一化坐标，Δf_k是离焦量；k＝1,2；

S4.3：使用采集到的衍射光斑替换计算得到的复振幅的模，然后逆傅里叶变换衍射计算至待测平板，得到估计的待测平板复振幅g^wj(x,y)，具体如下式：

代表逆衍射计算算子；

S4.4：对估计的待测平板复振幅进行支持域D约束处理

S4.5：如果k＝1，那么令k＝2，否则，k＝1；如果jN，j＝j+1，并返回S4.2，否则结束迭代，获得满足衍射光斑约束的复振幅估计值；

S4.6：对S4.5获得的复振幅估计值的振幅和相位分别使用去噪算法处理，移除噪声影响，并截取支持域之内的复振幅值得到真实的待测平板复振幅。

2.根据权利要求1所述的通过单次曝光实现轴向相位差波前重建的方法，其特征在于，所述反射镜一的倾斜程度为：所述反射镜一与其入射光路的夹角为80°。

3.根据权利要求1所述的通过单次曝光实现轴向相位差波前重建的方法，其特征在于，所述反射镜二的倾斜程度为：所述反射镜二与其入射光路的夹角为80°。