[发明专利]一种哈特曼波前传感器超分辨波前复原方法

摘要

一种哈特曼波前传感器超分辨波前复原方法，采用经典哈特曼波前传感器的光学结构，利用光电探测器阵列获取的光斑阵列图像作为光波远场频域信号，根据微透镜阵列的复振幅透过率函数，通过光学衍射公式和相位反演基本数理过程，在近场空域波前未知量与远场频域光斑阵列已知量之间迭代收敛，最终获得超微透镜分辨率的高精度波前测量结果。本发明以改造哈特曼波前传感器复原算法为手段，摆脱波前复原分辨率受限于微透镜阵列分辨率的限制，充分利用哈特曼波前传感器光斑阵列图像信息，将困扰光斑质心探测的光斑弥散信息加以利用，有效提升波前测量精度，降低对高密度微透镜阵列的需求和依赖，因而可应用于高精度波前探测、弱信号波前探测等领域。

主权项

一种哈特曼波前传感器超分辨波前复原方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：已知近场强度分布Inear和哈特曼波前传感器衍射元件阵列焦平面上远场光斑阵列强度分布Ifar，并选取波前复原方法中近场波前相位分布初始值φnear，以实际近场强度分布Inear平方根作为近场光波振幅，则有近场光波复振幅为：Enear=Inear·eiφnear;---(1)]]>步骤2：根据衍射元件阵列的复振幅透过率函数，所述函数表示为：tf=Σn=-N2N2Σm=-M2M2δ(x+n·a,y+m·b)*[rect(xa,yb)·e-ik2f(x2+y2)],---(2)]]>式中x、y为近场空域坐标自变量，a、b分别为微透镜x方向宽度和y方向宽度，N、M分别为x方向微透镜数目和y方向微透镜数目，k表示波数，f表示微透镜焦距，计算近场光波复振幅Enear透过衍射元件阵列后，传播至衍射元件阵列焦平面上的远场光波复振幅分布理论值：Efar=Afar·eiφfar,---(2)]]>式中Afar、φfar分别为计算远场光波振幅分布和波前分布；步骤3：将远场光波复振幅Efar对应的远场光强分布理论值|Efar|2，与实际远场光斑阵列强度分布Ifar对比，求出两者差异的均方根值：SSE＝rms(|Efar|2‑Ifar)，  (3)式中rms表示求均方根；若SSE小于设定的判定标准，表明本次计算所用近场波前相位φnear与实际待测波前相位拥有一致的远场光强分布，则当前近场波前相位φnear即为实际近场波前分布，作为复原方法结果输出，超分辨波前复原方法结束；若SSE大于设定的判定标准，则将远场实际光强分布Ifar平方根作为远场光波振幅，有变换后远场光波复振幅为：Efar′=Ifar·eiφfar;---(4)]]>步骤4：利用变化后远场光波复振幅Efar′，计算逆向衍射后对应的衍射元件阵列近场光波复振幅的理论值：Enear′=Anear·eiφnear′,---(5)]]>式中Anear为计算近场光波振幅分布，φnear′为计算近场光波波前分布；步骤5：以计算的近场光波波前分布φnear′更新近场光波相位，结合实际近场强度分布Inear平方根作为近场光波振幅，有更新后近场光波复振幅为：Enear=Inear·eiφnear′;---(6)]]>步骤6：重新进入复原方法步骤2，开始新一轮的迭代计算，直至某次迭代复原运算的步骤3满足判定标准，则超分辨波前复原运算结束，输出复原的近场波前相位结果。