[发明专利]一种基于切比雪夫衍射积分的自聚焦激光波前在位实时监测方法

权利要求书

1.一种基于切比雪夫衍射积分的自聚焦激光波前在位实时监测方法，应用于衍射光斑采集的场景，在激光波前的出射光路上设置测量相机，所述的测量相机设置在三维精密移动平台上，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1：在衍射距离z的位置处采集1幅含有激光波前误差的衍射光斑；

S2：分别设置待测光波前口径D，优化步长为h_i，衍射距离优化步长为h_z，迭代总数T，初始i＝1，设置初始多项式系数n，m是切比雪夫多项式x方向和y方向的索引，设置初始猜测衍射距离z₀；

S3：设置图像传感器像素大小d_n及像素数M₀×N₀，对采集到的衍射光斑进行裁剪、归一化处理，获取维度为M×M的有效光斑部分

S4：计算前N项在不同衍射距离的切比雪夫模态衍射积分和并构建模态衍射矩阵C，并计算C的逆矩阵

S5：计算衍射面复振幅波前G＝β^TC；

S6：将波前G中的振幅替换为真实采集到振幅值，即有效光斑图转换的一维列向量I的平方根；

S7：矩阵运算求解梯度

S8：更新系数矩阵β＝β+h_iΔβ；

S9:拟合待测波前，并获取离焦相位，优化离焦距离，公式为：z_j＝z_j-1+h_zΔz，式中，Δz表示自聚焦梯度；

S10：i＝i+1，重复步骤S4～S9，直到i≥T；

S11：输出S9获得的光场相位。

2.根据权利要求1所述的基于切比雪夫衍射积分的自聚焦激光波前在位实时监测方法，其特征在于，步骤S4中，计算前N项在不同衍射距离的切比雪夫模态衍射积分和的公式为：

3.根据权利要求2所述的基于切比雪夫衍射积分的自聚焦激光波前在位实时监测方法，其特征在于，步骤S4中，构建模态衍射矩阵C的公式为：

4.根据权利要求3所述的基于切比雪夫衍射积分的自聚焦激光波前在位实时监测方法，其特征在于，步骤S4中，计算C的逆矩阵的公式为：

5.根据权利要求4所述的基于切比雪夫衍射积分的自聚焦激光波前在位实时监测方法，其特征在于，x方向切比雪夫模态衍射积分计算过程为

式中，FCI()代表余弦菲涅尔积分，FSI()代表余弦菲涅尔积分，

y方向与x方向切比雪夫模态衍射积分类似，只需将x变量换为y变量。

6.根据权利要求1所述的基于切比雪夫衍射积分的自聚焦激光波前在位实时监测方法，其特征在于，步骤S6中的计算公式为：

式中，G′ⁱ为计算的采集面的复振幅。

7.根据权利要求1所述的基于切比雪夫衍射积分的自聚焦激光波前在位实时监测方法，其特征在于，步骤S9中，拟合待测波前的公式为：

其中，N_l和M_l是x方向和y方向的切比雪夫多项式总数，(x,y)表示空间域坐标。

8.根据权利要求1所述的基于切比雪夫衍射积分的自聚焦激光波前在位实时监测方法，其特征在于，步骤S9中，自聚焦梯度Δz的计算方法为：

式中，β_power是离焦项拟合系数，NA是系统数值孔径。