一种通用于提高四波横向剪切干涉仪检测灵敏度的方法技术

本发明专利技术公开了一种通用于提高四波横向剪切干涉仪检测灵敏度的方法，属于光学精密检测领域。该方法只需要采样一幅干涉条纹图，通过条纹处理即可将四波横向剪切干涉仪波前斜率灵敏度提升两倍。本发明专利技术的优点在于解决了传统四波横向剪切干涉仪需要调整光栅与相机靶面的距离来提升灵敏度、操作复杂、调整误差大的问题。原理清晰，操作方便。操作方便。操作方便。

【技术实现步骤摘要】
一种通用于提高四波横向剪切干涉仪检测灵敏度的方法


[0001]本专利技术属于先进光学检测领域，具体涉及一种通用于提高四波横向剪切干涉仪检测灵敏度的方法。

技术介绍

[0002]四波横向剪切干涉仪是一种光栅型横向剪切干涉仪，被测光经光栅衍射，90％以上的衍射光能量集中在四束一级衍射光，这四束光沿各自的衍射角方向向前传输，最终相干叠加形成干涉条纹。通过对干涉条纹进行处理，得到x及y方向两个正交方向的波前斜率。利用波前斜率通过波前复原算法即可复原得到被测波前。四波横向剪切干涉仪具有动态范围大、抗振动、消色差等一系列优点，目前已经在生物医疗、激光诊断、自适应光学等一系列领域得到了应用，目前四波已经越来越得到各国科学家们的重视。
[0003]四波横向剪切干涉仪检测相位的灵敏度由剪切量决定，剪切量越大，检测灵敏度越高。因此，传统四波横向剪切干涉仪通过改变光栅与CCD之间的物理距离，增大剪切量的方式达到增加检测灵敏度的目的。然而，移动光栅不仅实现起来过程复杂，光栅的移动过程还会造成光栅的倾斜等调整误差。本专利技术提出一种无需改变任何硬件装置，仅仅通过数据处理即可使得四波横向剪切干涉仪灵敏度提升两倍的方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了弥补当前技术的不足，提出了一种通用于提高四波横向剪切干涉仪检测灵敏度的方法。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种通用于提高四波横向剪切干涉仪检测灵敏度的方法，该方法包括以下步骤：
[0007]步骤一、采集得到一幅四波横向剪切干涉条纹图，其光强表达式为：
[0008][0009]其中，I为干涉条纹光强,I0为干涉条纹背景光强分布，s为四束一级衍射光沿x方向或y方向的剪切量，k为波数，p为振幅光栅周期，W为待测波前分布，和分别代表波前x方向和y方向的波前斜率，和分别代表波前沿X轴45
°
方向和
‑
45
°
方向的波前斜率；
[0010]步骤二、对式(1)进行傅里叶变换，得到光强I的频谱分布，取出频谱中X方向和Y方向的频谱并进行反傅里叶变换，得到新的光强表达式为：
[0011][0012]步骤三、对I1求平方，再次得到新的光强表达式为：
[0013][0014]步骤四、对I2采用傅里叶变换求相位方法，即可得到X及Y方向的波前斜率利用该两个正交方向的波前斜率通过波前复原方法即可复原得到被测波前W。
[0015]进一步的，步骤四中，所述波前复原方法通过如下列表达式实现：
[0016][0017]其中，W为被测波前，FT代表傅里叶变换，u和v分别为频谱横纵坐标变量。
[0018]在处理过后得到的光强分布I2中，待测相位即波前斜率的系数提升了两倍，因此灵敏度也提升了两倍。相比于传统提升灵敏度的方法，本专利技术方法不需要进行实验装置的改良，只通过简单的计算，就可以有效的提升灵敏度，实现起来更加容易，并且适用于所有四波横向剪切干涉仪。
[0019]本专利技术具有以下有益效果：
[0020](1)本专利技术解决了传统四波横向剪切干涉仪需要调整光栅与相机靶面的物理距离来提升灵敏度、操作复杂、调整误差大的问题；
[0021](2)本专利技术原理清晰，运算简单，原理清晰，操作方便；
[0022](3)本专利技术适用于任何四波横向剪切干涉仪，通用性强。
附图说明
[0023]图1为一种通用于提高四波横向剪切干涉仪检测灵敏度的方法的流程图；
[0024]图2为四波横向剪切干涉仪采集的剪切干涉条纹图I；
[0025]图3为条纹图I的频谱分布示意图；
[0026]图4为条纹图I1分布图；
[0027]图5为条纹图I2分布图；
[0028]图6为条纹图I2频谱分布示意图。
具体实施方式
[0029]为了更好地说明本专利技术的目的、技术方案和优点，下面结合附图做进一步地详细描述，但不应一次限制本专利技术的保护范围。
[0030]一种通用于提高四波横向剪切干涉仪检测灵敏度的方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：
[0031]步骤一、四波横向剪切干涉仪相机采集得到一幅剪切干涉条纹图，条纹分布如图2所示，其光强表达式如式(1)所示。对干涉条纹I进行傅里叶变换，频谱分布如图3所示。
[0032][0033]步骤二、取出图3中X方向和Y方向的频谱并进行反傅里叶变换，得到新的光强分布I1如图4所示，其光强表达式如式(2)所示。
[0034][0035]步骤三、对I1求平方，得到新的光强分布I2如图5所示，其光强表达式如式(3)所示。从新的干涉条纹表达式式(3)可以看出，波前斜率的系数相比于式(1)均增加了一倍。此时，波前斜率的灵敏度也增加了一倍。
[0036][0037]步骤四、对I2求傅里叶变换，其频谱分布如图6所示，分别取出图6中X方向及Y方向的正一级频谱，将这两个频谱都移至频域中心，其表达式变为对新的频谱进行反傅里叶变换，即可得到X及Y方向的波前斜率之后通过波前复原方法即可复原得到被测波前。
[0038]其中，波前复原方法可选的，如下列表达式所示，
[0039][0040]其中，W为被测波前，FT代表傅里叶变换，u和v分别为频谱横纵坐标变量。
[0041]本专利技术所述的一种通用于提高四波横向剪切干涉仪检测灵敏度的方法，通过条纹处理后得到的光强分布中，待测相位即波前斜率的系数提升了两倍，因此灵敏度也提升了两倍。相比于传统提升灵敏度的方法，本专利技术方法不需要进行实验装置的改良，只通过简单的计算，就可以有效的提升灵敏度，实现起来更加容易，并且适用于所有四波横向剪切干涉仪。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通用于提高四波横向剪切干涉仪检测灵敏度的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、采集得到一幅四波横向剪切干涉条纹图，其光强表达式为：其中，I为干涉条纹光强,I0为干涉条纹背景光强分布，s为四束一级衍射光沿x方向或y方向的剪切量，k为波数，p为振幅光栅周期，W为待测波前分布，和分别代表波前x方向和y方向的波前斜率，和分别代表波前沿X轴45
°
方向和
‑
45
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方向的波前斜率；步骤二、对式(1)进行傅里叶变...

【专利技术属性】
技术研发人员：王青蓝，陈小君，胡常安，全海洋，胡松，李建科，朱咸昌，刘俊伯，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：