[发明专利]一种将空间载频相移算法用于四波横向剪切干涉仪波前斜率解调的方法

权利要求书

1.一种将空间载频相移算法用于四波横向剪切干涉仪波前斜率解调的方法，其特征在于：该方法利用四波横向剪切干涉仪系统，被测光入射到二维复振幅光栅，经光栅衍射，绝大部分衍射光能量集中在四束一级衍射光，这四束衍射光在图像传感器位置相互错位且相干叠加，形成干涉条纹，利用图像传感器采集的干涉条纹，即可复原得到被测光的光程差信息；

二维复振幅光栅用于产生四束一级衍射光，该光栅由振幅光栅和相位光栅叠加而成，振幅光栅周期为p×p,通光孔尺寸为相位光栅由0相位和π相位交替排列而成，周期为2p×2p；

图像传感器，用于采集干涉条纹,像素尺寸

四波横向剪切干涉仪的光强表达式为：

其中I(x,y)为干涉条纹光强，a(x,y)为干涉条纹背景光强，b(x,y)为调制度，s为x方向或y方向的剪切量，k为波数，p为振幅光栅周期；

当10个相邻位置点对应的背景光强、调制度以及被测光相位相同时，求解点(m,n)处波前斜率的公式如下所示：

其中，I₀＝I(m,n)，I₁＝I(m-1,n)，I₂＝I(m+1,n)，I₃＝I(m,n-1)，I₄＝I(m,n+1)，I₅＝I(m-1,n+1)，I₆＝I(m+1,n-1)，I₇＝I(m-1,n-1)，I₈＝I(m+1,n+1)，I₉＝I(m-2,n-2)；

其中W为被测光波前，tan^-1为反正切函数；

四波横向剪切干涉仪干涉条纹的光强表达式如式(1)所示，其中条纹背景光强a(x,y)，调制度b(x,y)，以及四个方向的波前斜率均为未知，为了求解波前斜率，至少需要六个方程；

为了简化起见，令，

则光强表达式变为：

经图像传感器采集后，离散化的光强表达式为：

其中m,n为横纵方向的像素点坐标，由于因此光强表达式改写为：

为了求得点(m,n)处的波前斜率，需要利用所述十个相邻位置点的光强，并假设它们对应的背景光强、调制度以及相位相同，即假设：

同理，假设a(x,y)，b(x,y)，分别在这十个相邻位置点的值相同；

所述十个相邻位置点对应的光强表达式分别为：

因此，

根据式(6)，则波前斜率的求解公式如式(2)～(5)所示；

当待测波前为离焦像差时，用该方法求得的x方向，y方向，x+y方向及x-y方向的波前斜率，该方法能准确提取四波横向剪切干涉仪的波前斜率，并最终实现波前的高精度复原。