[发明专利]一种波前像差检测方法及检测装置

权利要求书

1.一种波前像差检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将一束具有某种Zernike模式最小振幅像差的第一激光载波信号，与一束汇聚于A点的球面第一参考光波干涉，将光强记录在胶片上，形成第一子全息图胶片；

步骤2：将一束与所述第一激光载物波同种Zernike模式的，具有最大幅度像差的第二激光载波信号，与一束汇聚于B点的球面第二参考光波干涉，将光强记录在胶片上，形成第二子全息图胶片；

步骤3：将第一子全息图胶片和第二子全息图胶片叠加，形成多元全息图胶片；

步骤4：将一束与所述第一和/或第二激光载物波具有同种Zernike模式且具有随机振幅的第三激光载波信号照射所述多元全息图胶片，同时复现出的两束球面波，分别汇聚于A点与B点；通过比较A、B两点光强，得到所述第三激光载波信号的波前像差。

2.如权利要求1所述的波前像差检测方法，其特征在于，该方法即基于胶片的全息技术用于自由空间光通信中的激光载波信号的波前畸变的检测方法。

3.根据权利要求1或2所述的波前像差检测方法，其特征在于，步骤4中通过比较A、B两点光强，得到所述第三激光载波信号的波前像差，具体的比较过程包括：

设像差偏振激光载波信号如公式(101)所示，其中像差偏置激光载波信号的振幅为U_S，0，相位函数为φ(r_s)，r为光波波矢：

U_S(r)=U_S,0 exp[iφ(r_s)]    (101)

参考光波如公式(102)所示其中像差偏置激光载波信号的振幅为U_R，0，相位函数为φ(r_R)，r为光波波矢：

U_R(r)＝U_R,0 exp[iφ(r_R)]   (102)

将像差偏置激光载波信号光束与参考光波干涉，并记录到全息胶片上，得到光强可近似表示为公式（103）：

τ(rS,rR)∝Σm=1MUS,m*(rS,m)UR,m(rR,m)+c.c.---(103)]]>

其中U_S,m^*(r_S,m)是像差偏置激光载波信号光束的共轭光波,c.c.是常数项，表示记录光强的直流项；参考波的引入使得像差偏置激光载波信号光束的波前转化为全息胶片上的光强分布；

对于第m幅子全息图，参考球面波汇聚于点(x_R，m,y_R，m，z_R，m)，干涉光为像差偏置光波，如公式（104）所示：

U_S,m(r_S,m)=U_S,m,0 exp[iW(r_S，m)]    (104)

式中，U_S,m(r_S,m)是像差偏置激光载波信号光束的复振幅，U_S，m，0为初始振幅，W(r_S,m)是像差偏置激光载波信号光束的相位函数；

忽略全息图的厚度，并且只考虑某一子全息图，利用具有随机像差的光波照射全息图，得到像平面光场复振幅分布为如公式（105）所示：

Ud(rd)≈∫-∞∞dx∫-∞∞dyexp[-iπ(xR-x)2+(yR-y)2λzR]exp[iπ(xd-x)2+(yd-y)2λzd]---(105)]]>

×exp[-iW(x,y)]Π(x-a,y-b)UP(xP,yP)]]>

式中，U_p(r_p,r)表示具有随机像差的入射光波，U_d(r_d)表示再现光波的复振幅形式，r_d为位置坐标，W(x,y)是像差偏置激光载波信号光束的相位函数，(x_R,y_R,z_R)(x_d,y_d,z_d)(x,y,z)为空间坐标。