一种基于多步相位调制的光场复振幅测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及相位恢复技术，提供了一种基于多步相位调制的光场复振幅测量装置及方法，解决现有相位恢复技术需要复杂扫描过程以获得多个衍射强度，在扫描过程中引入的位移误差和光路倾斜，影响相位恢复收敛速度和精度的问题。其中装置包括调制系统、探测器及数据处理单元；调制系统用于加载n个调制相位，对待测光场进行调制，获得待测光场的n个衍射光强，n为大于等于4的整数；n个调制相位与待测光场不同频段的相位相适配；探测器用于接收调制后的n个衍射光强；数据处理单元包括存储器和处理器，存储器上存储有用于处理n个调制相位和n个衍射光强的计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现相位恢复方法计算待测光场复振幅。

A device and method for measuring complex amplitude of optical field based on multi-step phase modulation

【技术实现步骤摘要】
一种基于多步相位调制的光场复振幅测量装置及方法
本专利技术涉及相位恢复技术，具体涉及一种基于多步相位调制的光场复振幅测量装置及方法。
技术介绍
光场复振幅信息包含光强和相位信息，光强信息可以由探测器直接探测获取，而相位信息一般需采用相位恢复技术获得。然而恢复相位信息是各种成像系统中至关重要的部分，并且在许多技术和科学应用中发挥着重要作用，如生物组织成像、x射线晶体学、微波全息术、条纹图案分析、天文学成像、天线探测以及自适应光学等领域中。目前，测量相位的方法可分为两大类：一类使用参考光束即干涉测量，另一类不使用参考光束，也被称为相位恢复技术。干涉测量虽然是定量测量相位的最合适方法，但其需要理想的参考光，对于某些成像系统，干涉测量方法不再适用。相位恢复技术不需要参考光束，利用探测器获取的衍射场强度信息，通过相位恢复算法迭代计算得到被测光场复振幅。相位恢复技术本质上为数学寻优问题，其难点在于如何高精度、快收敛的得到被测光场复振幅信息。通常利用先验知识给出初始假设值，然后通过各种数学手段或者物理手段进行约束实现相位恢复技术的高精度和快收本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多步相位调制的光场复振幅测量装置，其特征在于：包括调制系统、探测器(6)及数据处理单元；/n所述调制系统用于加载n个调制相位，对待测光场进行调制，获得待测光场的n个衍射光强，n为大于等于4的整数；所述n个调制相位与待测光场不同频段的相位相适配；/n所述探测器(6)用于接收调制后的n个衍射光强；/n所述数据处理单元包括存储器和处理器，存储器上存储有用于处理n个调制相位和n个衍射光强的计算机程序，设n个调制相位构成调制相位集合φ(x

【技术特征摘要】
1.一种基于多步相位调制的光场复振幅测量装置，其特征在于：包括调制系统、探测器(6)及数据处理单元；
所述调制系统用于加载n个调制相位，对待测光场进行调制，获得待测光场的n个衍射光强，n为大于等于4的整数；所述n个调制相位与待测光场不同频段的相位相适配；
所述探测器(6)用于接收调制后的n个衍射光强；
所述数据处理单元包括存储器和处理器，存储器上存储有用于处理n个调制相位和n个衍射光强的计算机程序，设n个调制相位构成调制相位集合φ(xm,ym)，φ(xm,ym)＝[φ1(xm,ym),φ2(xm,ym)…,φt(xm,ym),…φn(xm,ym)]；设n个衍射光强构成衍射光强集合I(xd,yd)，I(xd,yd)＝[I1(xd,yd),I2(xd,yd)…,It(xd,yd),…In(xd,yd)]；
其中，t为大于1且小于n的整数；(xm,ym)为调制面坐标，(xd,yd)为衍射面坐标；
所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
1)设待测光场复振幅为O(xo,yo)，O(xo,yo)＝exp[iφo(xo,yo)]；初始迭代次数num＝1；
其中，φo(xo,yo)为假设的相位初值；
2)将待测光场复振幅O(xo,yo)传输至调制系统的调制面，获取第j次调制相位前的入射波前Pj(xm,ym)，Pj(xm,ym)＝ρAS[O(xo,yo)]；
其中，ρAS为正向角谱计算，j＝1,2……n；
3)入射波前Pj(xm,ym)被调制面的第j次调制相位φj(xm,ym)调制，获得调制后的出射波前Sj(xm,ym)，Sj(xm,ym)＝Pj(xm,ym)exp[iφj(xm,ym)]；
4)出射波前Sj(xm,ym)传输至衍射面，获得衍射面的探测波前Dj(xd,yd)，Dj(xd,yd)＝ρAS[Sj(xm,ym)]；
其中，衍射面为探测器(6)所在的平面；
5)在衍射面用探测光强Ij(xd,yd)计算更新后的衍射面探测波前Dj'(xd,yd)，
6)更新后的衍射面探测波前Dj'(xd,yd)逆向传输至调制面，获取更新后调制面出射波前S'j(xm,ym)，
其中，为逆向角谱计算；
7)去除第j次调制相位的调制作用，获取更新后的调制面入射波前P′j(xm,ym)，P′j(xm,ym)＝S'j(xm,ym)/exp[iφj(xm,ym)]；
8)判断j是否等于n，若是，则所有的调制相位均完成一次调制，执行步骤9)；若否，令j＝j+1，重复执行步骤3)至步骤8)；
9)更新后的调制面入射波前P′j(xm,ym)逆向传输至待测面，获取待测面更新后的待测光场复振幅O'(xo,yo)，迭代次数num＝num+1；
其中，待测面为待测光场所在平面；
10)若num达到设定迭代次数，则执行步骤11)；若否，则返回步骤2)；
11)输出待测光场复振幅分布O'(xo,yo)。


2.根据权利要求1所述基于多步相位调制的光场复振幅测量装置，其特征在于：设定迭代次数为200。


3.根据权利要求2所述基于多步相位调制的光场复振幅测量装置，其特征在于：所述调制系统包括纯相位空间光调制器(1)和用于控制纯相位空间光调制器(1)的计算机(2)。


4.根据权利要求2所述基于多步相位调制的光场复振幅测量装置，其特征在于：所述调制系统包括电动转轮机构(3)、电机(5)、n个相位板(4)；
所述n个相位板(4)安装在电动转轮机构(3)上；
所述电机(5)用于驱动电动转轮机构(3)旋转，实现调制相位的更换。


5.根据权利要求4所述基于多步相位调制的光场复振幅测量装置，其特征在于：所述电动转轮机构(3)为圆盘；
所述n＝8，8个相位板(4)沿周向均布在圆盘上。


6.一种基于多步相位调制的光场复振幅测量方法，其特征在于，包括以下...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓义，段亚轩，李红光，王璞，李铭，达争尚，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61