[发明专利]一种基于光学衍射元件的激光散斑抑制方法

摘要

一种基于光学衍射元件的激光散斑抑制方法，该方法实现系统中，激光器射出的激光束通过所述调制透镜组件进行扩束、整形和校准，正入射所述二元光学衍射元件的平面，所述二元光学衍射元件可水平移动地安装在水平导轨上并与水平面呈夹角，根据数学模型的理论推导计算得到所述二元光学衍射元件运动速度和夹角，按照设定的运动速度和夹角，控制所述二元光学衍射元件运动；本发明提供一种散斑抑制效果好、结构简单、易于实现、且系统通用性、鲁棒性好、成本低廉的基于光学衍射元件的激光散斑抑制方法。

主权项

1.一种基于光学衍射元件的激光散斑抑制方法，其特征在于：该方法实现系统中，激光器射出的激光束通过调制透镜组件进行扩束、整形和校准，正入射二元光学衍射元件的平面，所述二元光学衍射元件可水平移动地安装在水平导轨上并与水平面呈夹角；所述抑制方法包括如下步骤：1)光学衍射元件的透射率函数设为t(x0,y0)，光学衍射元件后平面P′0光场的复振幅表示为：U′0(x0,y0)＝t(x0,y0)U0(x0,y0)＝t(x0,y0)      (1)x0,y0是光学衍射元件前平面P0上的坐标，U0(x0,y0)是光学衍射元件前平面P0光场的振幅，且U0(x0,y0)＝1；2)光束达到聚焦物镜，符合菲涅耳衍射条件，由菲涅耳衍射公式得到平面P1上光场的复振幅为：x1,y1是平面P1上的坐标；3)光束从聚焦物镜的前表面传播到聚焦物镜的后表面，此时平面P′1上光场的复振幅为：其中w0为聚焦物镜中心的厚度，f为聚焦物镜的焦距，且聚焦物镜总是具有一定的尺寸，圆形孔径半径为r0的聚焦物镜的孔径函数即光瞳函数P(x1,y1)为：这样有：4)光束从聚焦物镜到观测屏的过程符合菲涅耳衍射条件，由菲涅耳衍射公式得到平面Pi上光场的复振幅为：将(4)式代入(5)式，可得：得到在整个区域内都有P(x1,y1)＝1，将(2)式代入(6)式整理化简得到：其中xi,yi是平面Pi上的坐标；将(1)式代入(7)式，并且化简整理得到观测屏上的光场分布复振幅为：式中：A表示式中出现的复常数；5)设定算符Q，使得Ui(xi,yi)＝Q[t(x0,y0)],现在引入CCD相机成像系统的点扩散函数H(xi,yi；xj,yj),则CCD相机成像平面上的光场分布的复振幅为：其中xj,yj是CCD相机曝光屏上的坐标；6)光学衍射元件于水平方向运动与水平方向成α的倾斜角，将速度分解成引入运动导致在CCD上得到新的光场分布：7)由光场强度公式I(xj,yj)＝|U(xj,yj)|2得到在CCD曝光时间内捕获到的散斑图像强度为:Δt为CCD相机曝光时间，|U′j(xj,yj,t′)|2表示被测散斑图像在时刻t′∈[t,t+Δt]处的强度分布，则检测到的散斑强度的平均值为：则散斑图像强度的二阶矩表示为：公式中所涉及到的x01,x02,y01,y02,t’,t”是为了计算需要的中间参数；8)根据Goodman的散斑统计理论，被检测到的散斑图像的对比度C为：变量(x0,y0)同时也为透射系数函数的坐标，(xj,yj)为CCD相机曝光屏上的坐标，在同一次的测量过程中看作是定值；只考虑变量vx,vy，设置算符F,使得：将(15)式代入(14)式化简整理得到：其中：v表示二元光学衍射元件的移动速度，α是二元光学衍射元件和水平面的夹角；9)按照设定的运动速度和夹角，控制所述二元光学衍射元件运动。