[发明专利]一种基于菲涅耳波带片的波前探测方法

摘要

本发明提供了一种基于菲涅耳波带片的波前探测方法，将畸变波前通过菲涅耳波带片，在波带片焦面附近和离焦面处各采集一副图像，利用这两幅图像和它们之间的相对离焦量，就可准确复原出输入波前。菲涅耳波带片是一种轻薄的聚焦元件，利用其短焦焦点，可以大大缩短光路长度，并且利用焦面附近的光斑尺寸较严格焦面处的光斑尺寸更大的特点，克服了焦面光斑在大数值孔径下信息探测不够精确的问题。此方法适合大孔径及超大孔径波前探测，对轻量化波前反演具有重要意义。

主权项

1.一种基于菲涅耳波带片的波前探测方法，其特征在于：该方法利用的光学实现结构包括菲涅耳波带片(1)、分光棱镜(2)、第一光电探测器(3)、第二光电探测器(4)，菲涅耳波带片用于替代传统的玻璃透镜进行波前的汇聚，分光棱镜将光束分成两路，第一、第二光电探测器分别用于探测焦面附近、离焦面光波图像，进而通过以下步骤处理远场光波图像，实现对入射波前相位的反演：步骤1：已知入射光束近场强度分布I_near和对应的焦面附近光波图像强度分布I_far1，离焦面光波图像强度分布I_far2，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：计算菲涅耳波带片在焦面附近的远场复振幅分布：式中A_far1为计算的焦面附近光波振幅分布，为计算的焦面附近远场波前相位分布；步骤3：将焦面附近实际光强分布Ifar1平方根作为焦面附近光波振幅，变换后焦面附近光波复振幅为：利用变化后远场光波复振幅E′far1，计算出离焦面光波复振幅，步骤4：对比计算的远场光波振幅|E_far2|和实际的远场光波振幅分布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，基于菲涅耳波带片的波前探测方法结束；若SSE大于设定的判定标准，则方法继续；步骤5：将远场实际光强分布Ifar2平方根作为离焦面光波振幅，变换后远场光波复振幅为：利用变化后远场光波复振幅E′far2，计算逆向衍射后对应混合焦距菲涅耳波带片的近场光波复振幅：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6：将Inear的平方根作为近场光波振幅代替Anear，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3，开始新一轮的迭代计算，直至某次迭代复原运算的步骤4满足判定标准，则基于菲涅耳波带片的波前探测方法结束，输出反演的光束近场相位分布结果。