[发明专利]一种基于PB微透镜阵列的波前传感器及其波前测量方法

说明书

本发明提供了一种基于PB微透镜阵列的波前传感器及其波前测量方法，包括：圆偏振光生成模块、液晶PB微透镜阵列模块和阵列型光电探测器模块；圆偏振光生成模块用于将入射光转换为圆偏振光；液晶PB微透镜阵列模块由具有相同PB相位分布的若干液晶PB微透镜单元组成，用于将圆偏振光聚焦于焦平面；探测器用于接收圆偏振光聚焦于液晶PB微透镜阵列模块焦平面所成的像。本发明的波前传感器通过若干液晶PB微透镜单元将入射光聚焦于焦平面成像，并根据探测器接收的入射光聚焦于焦平面的像对入射光的波前进行重构，测量装置简单，液晶PB微透镜阵列模块由平面结构的液晶PB微透镜单元组成，测量分辨率高，制造成本低且容易集成。

技术领域

本发明涉及光学信息测量技术领域，具体涉及一种基于PB微透镜阵列的波前传感器及其波前测量方法。

背景技术

在光电探测、光通信系统、激光光束质量诊断、自适应光学等领域，均需要对光束的波前进行测量。目前已有的光束波前测量方法主要包括剪切干涉波前传感技术、曲率波前传感技术和夏克-哈特曼(Shack-Hartmann)波前传感技术。

剪切干涉波前传感技术是将被测波前通过特定的分光元件分成两部分，使之产生某种相对位移(剪切)，经过剪切的两部分波前产生干涉，通过干涉条纹得到待测波前的相位和强度信息，测量装置结构复杂，测量精度取决于剪切元件的质量，波前分析算法比较繁琐。曲率波前传感技术通过测量焦平面上的光强分布求得波前的曲率和相位分布，测量装置的硬件构成复杂，适用波长受限。传统的夏克-哈特曼波前传感技术是利用微透镜阵列将被测量的波前在焦平面聚焦，聚焦光斑在阵列型光电探测器接受面成像，通过测量光斑像的偏移，计算重构波前的相位和强度分布，测量精度受限，结构复杂，且需要高成本元器件。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于PB微透镜阵列的波前传感器及其波前测量方法，旨在解决现有波前传感技术存在测量精度低、结构复杂、制造困难和成本高等问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种基于PB微透镜阵列的波前传感器，其中，包括：依次设置的圆偏振光生成模块、液晶PB微透镜阵列模块和探测器；

所述圆偏振光生成模块由线性偏振片和四分之一波片组成，且所述四分之一波片靠近所述液晶PB微透镜阵列模块设置，所述四分之一波片的慢轴与所述线性偏振片的偏振方向成45度，所述圆偏振光生成模块用于将入射光转换为圆偏振光；

所述液晶PB微透镜阵列模块由具有相同PB相位分布的若干液晶PB微透镜单元组成，所述液晶PB微透镜阵列模块用于将所述圆偏振光聚焦于焦平面；

所述探测器设置于所述液晶PB微透镜阵列模块的焦平面上，用于接收所述圆偏振光聚焦于所述液晶PB微透镜阵列模块焦平面所成的像。

所述的基于PB微透镜阵列的波前传感器，其中，所述液晶PB微透镜单元的PB相位通过所述液晶PB微透镜单元中液晶分子的平面取向来调控，所述液晶PB微透镜单元的PB相位与所述液晶PB微透镜单元中液晶分子的平面取向满足关系：

其中，±2θ(r，α)为液晶PB微透镜单元的PB相位，θ(r，α)为在极坐标(r，α)位置液晶分子的取向方向角，+2θ(r，α)的PB相位对右旋圆偏振光聚焦，-2θ(r，α)的PB相位对左旋圆偏振光聚焦。

所述的基于PB微透镜阵列的波前传感器，其中，所述若干液晶PB微透镜单元为微米级尺寸。

所述的基于PB微透镜阵列的波前传感器，其中，所述液晶PB微透镜单元的形状为三角形、正方形、矩形、正六边形或菱形。