[发明专利]一种基于二元方形衍射元件的相位反演方法

摘要

本发明提供了一种基于二元方形衍射元件的相位反演方法，在复原算法中，描述光强分布的常规方法是x、y方向的二维矩阵，所以二元圆形衍射元件建模时其圆周边沿有很多方形锯齿，很难建立准确的数学模型，从而影响了其复原波前的精度，而二元方形衍射元件则很好地解决了上述问题，且二元方形衍射元件本身对输入波面进行了调制，较传统单帧波前反演的基于玻璃透镜的GS算法，波前复原精度有较大提高。本发明元件简单，轻便，适合大孔径及超大孔径光波相位探测，可实现基于单帧远场图像的准确近场相位反演。

主权项

1.一种基于四区域边长不同的方形结构二元方形衍射元件的相位反演方法，其特征在于：该方法包括：待测的入射光波波前相位是由65阶Zernike多项式组成的随机波前，PV＝3.7415rad，rms＝0.8082rad，该方法利用四区域边长不同的方形结构二元方形衍射元件，步骤1：已知入射光束近场强度分布I_near和对应的远场光斑图像强度分布I_far，并设定相位反演方法中近场波前相位分布的初始值为0；步骤2：计算二元方形衍射元件在焦面附近的远场复振幅分布：式中A_far为计算远场光波振幅分布，为计算的远场光波相位分布；步骤3：对比计算的远场光波振幅|E_far|和远场实际光强分布I_far计算表征两者之间差异的评价指标：若SSE小于设定的判定标准，表明本次计算所用近场光波复振幅与实际入射光波拥有一致的远场光强分布，则当前的近场波前即为实际的光束近场相位分布，作为相位反演结果输出，基于二元方形衍射元件的相位反演方法结束；若SSE大于设定的判定标准，则方法继续；步骤4：将远场实际光强分布I_far平方根作为远场光波振幅，变换后远场光波复振幅为：利用变化后远场光波复振幅E′_far，计算逆向衍射后对应二元方形衍射元件的近场光波复振幅：式中A_near为计算近场光波振幅分布，为计算的近场调制后光波相位分布；步骤5：将I_near的平方根作为近场光波振幅代替A_near，从而构成新的近场调制后光波复振幅，重新进入复原方法步骤2，开始新一轮的迭代计算，直至50次迭代复原运算后满足步骤3判定标准，则基于二元方形衍射元件的相位反演方法结束，输出反演的光束近场相位分布结果；将传统单帧GS算法迭代200次后仍远达不到步骤4判定标准，所以同样迭代50次，可以看出该方法波前复原细节、精度都较传统方法有较大提高，收敛更快，且不容易停滞，相同迭代次数下，该方法相较传统方法精度提高十几倍。