[发明专利]一种应用于曲率波前传感器的波前复原方法

说明书

技术领域

本发明涉及曲率波前传感器探测的技术领域，特别涉及一种提高曲率波前传感器精度的波前重构方法，可以减少曲率波前传感器原理性误差带来的探测精度损失。

背景技术

曲率波前传感器由F.Roddier于1987年提出，作为一种较新颖的波前探测技术，相比于夏克-哈特曼波前传感器、径向光栅横向剪切干涉仪等以测量波前斜率复原波前像差的方法不同，它通过测量离焦面上的光强分布求得波前的曲率进而得到波前像差分布。

曲率波前传感器的原理图如附图图1所示。图中P1与P2是在焦两面两侧的离焦量为l的两个对称平面。I₁与I₂是探测器探测到的P1、P2平面上的光强分布。根据傅立叶光学理论，两个离焦面上对应点归一化的光强分布差与入射波前的曲率以及光瞳边缘处波前的法向斜率之间的关系可用泊松方程表示为：

式中：S(r)为曲率波前传感器的探测信号；p(r)是光瞳函数；为波前曲率；在孔径边缘等于无穷大，在其它地方为零。

通过求解上述泊松方程即可将波前像差求解出。2003年，Woods S.C.等人发表了“Wavefront sensing by use of a Green’s function to intensity transport equation”（见J.Opt.Soc.A.,2003,20(3):508-512），提出了将第二类边界条件的Green函数引入式（1），即取边缘部分：

式中，指光瞳边缘的波前像差。将（2）式代入（1）则可以近似得到：

上式的意义在于光瞳的波前像差只与光强的轴向梯度有关，这正是曲率波前传感器测得的探测信号S(r)，因此只需要测量出两个离焦光强之差，便可以迅速复原波前像差。该方法最大的优点在于计算量少，速度快；而缺点在于精度较差，因只使用了一次光斑信息且过多条件限制（取（2）式为边界条件）。若能充分使用光斑斑信息则有可能进一步提高曲率波前传感器的测量精度。

发明内容

本发明的目的是：克服现有曲率波前传感器的不足，提出一种基于迭代算法的波前复原方法，实现提高曲率波前传感器探测精度的目的。该发明充分利用曲率波前传感器在两个离焦面的信息，不需要对曲率波前传感器的硬件做任何改动，通过对曲率波前传感器信息进行软件迭代，最终达到提高探测精度的目的。

本发明的技术解决方案是：一种应用于曲率波前传感器的波前复原方法，该方法包括如下步骤：

步骤（1）、记录曲率波前传感器在焦平面两侧对称位置的焦点内侧的离焦光斑I₁(r)与焦点外侧的离焦光斑I₂(r)，并生成曲率波前传感器信号S₀(r)作为初始输入；

步骤（2）、根据曲率波前传感器信号S₀(r)估计波前像差

步骤（3）、加入边界条件限制得到估计的波前像差

步骤（4）、由估计的波前像差估计曲率波前传感器信号S(r)；

步骤（5）、结合光瞳限制得到修正后的曲率波前传感器信号S_est(r);

步骤（6）、根据估计的波前像差结合离焦量l计算估计的焦点内侧的离焦光斑I_1,est(r)；

步骤（7）、比较焦点内侧的离焦光斑I₁(r)与估计的焦点内侧的离焦光斑I_1,est(r)的相似性，得到迭代停止判据，若满足迭代停止判据则输出估计的波前像差否则转向步骤（2）继续迭代。

进一步的，所述步骤（1）中焦点内侧的离焦光斑I₁(r)与焦点外侧的离焦光斑I₂(r)分别由两台CCD相机获得，该两台CCD相机分别位于焦点位置前l处与焦点位置后l处，曲率波前传感器信号S₀(r)由下式得到：