【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学干涉检测领域，特别是一种基于斐波那契-梅斯林对切光子筛的径向剪切干涉仪及其波前相位还原方法。
技术介绍
1、干涉测量技术一般需要将待测波前与参考波前进行干涉，通过干涉图来测量待测波前信息。剪切干涉将待测波前自身作为参考波前，而不需要额外的参考波前，因此剪切干涉仪一般具有结构简单、抗干扰能力强的优点；其中，径向剪切干涉仪由于容易设计成共光路，对环境振动、空气扰动和温度变化等不敏感，可应用于复杂环境下的现场检测。径向剪切干涉仪可应用于波前检测、干涉成像和自适应光学等诸多领域。传统的径向剪切干涉仪一般需要多个折、反射或衍射光学元件来实现径向剪切干涉，光路较为复杂，特别是基于衍射光学元件的径向剪切干涉仪容易受到不同衍射级次和背景光的干扰。
2、斐波那契光子筛是一种具有双重衍射聚焦功能的衍射光学元件；梅斯林对切是一种在光学中用于制备干涉透镜的技术，通过将透镜切割成两块并再次精确地组合在一起，可以制作具有特定光学性能的干涉透镜组。这种方法可以用于制作光学元件，也可以用于其他干涉实验和光学系统。在干涉仪、激光等光学应用中，梅斯林对切技术可以制造出高精度和优质的光学元件。
3、unet是一种用于图像分割任务的深度学习模型，最初由olaf ronneberger、philipp fischer和thomas brox于2015年提出。它在医学图像领域得到广泛应用，特别是用于生物医学图像中的器官和病变分割；unet的原理是基于全卷积神经网络的思想，并结合了编码器-解码器架构；它的主要目标是实现从输入图像到像
技术实现思路
1、本专利技术提出一种基于斐波那契-梅斯林对切光子筛的径向剪切干涉仪，通过将两片斐波那契-梅斯林对切光子筛的两个焦点共焦，形成一个可同时对待测波前进行扩束和缩束的系统，使得待测波前被扩束和缩束成两个不同的波前在图像探测器处发生剪切干涉。利用计算机从图像探测器接收到的干涉图像中计算出两个波前的相位差，进而还原出待测波前的相位信息。
2、本专利技术的技术方案是：
3、一种基于斐波那契-梅斯林对切光子筛的径向剪切干涉仪，其特点在于，包括第一斐波那契-梅斯林对切光子筛、第二斐波那契-梅斯林对切光子筛、图像探测器和计算机；所述图像探测器的输出端与所述的计算机的输入端相连；
4、所述第一斐波那契-梅斯林对切光子筛和第二斐波那契-梅斯林对切光子筛是通过将斐波那契光子筛进行梅斯林对切而成；
5、所述的两片斐波那契-梅斯林对切光子筛的第一焦距和第二焦距分别为f1和f2；
6、沿待测波前的输入方向依次是所述的第一斐波那契-梅斯林对切光子筛、第二斐波那契-梅斯林对切光子筛、图像探测器，且所述第一斐波那契-梅斯林对切光子筛的两个焦点和所述第二斐波那契-梅斯林对切光子筛的两个焦点共焦；即待测波前入射到第一斐波那契-梅斯林对切光子筛后发生衍射，形成两束汇聚的波前，第一束汇聚波前的艾里斑位于第一斐波那契-梅斯林对切光子筛的第一后焦点p1处，同时也是第二斐波那契-梅斯林对切光子筛的第二前焦点处，第二束汇聚波前的艾里斑位于第一斐波那契-梅斯林对切光子筛的第二后焦点p2处，同时也是第二斐波那契-梅斯林对切光子筛的第一前焦点处；
7、所述的第一斐波那契-梅斯林对切光子筛和第二斐波那契-梅斯林对切光子筛构成一个扩束和缩束系统，使得所述的待测波前经该扩束和缩束系统出射后变为两个大小不同的波前，并在所述的图像探测器处发生剪切干涉，形成干涉图像，通过所述的计算机对所述的图像探测器记录的干涉图像进行处理。
8、通过所述的计算机利用unet神经网络从图像探测器接收到的干涉图提取亮暗条纹的中心骨架，并拟合出扩束和缩束波前的相位差，从而重构待测波前中携带的相位信息，该方法包括如下步骤：
9、步骤1.利用计算机随机生成一组波前的相位分布，并基于生成的波前相位分布和剪切干涉的物理模型产生相应的干涉图；
10、步骤2.利用所述的波前的相位分布信息，对所述的干涉图的亮暗条纹的中心进行标记；
11、步骤3.利用步骤1、步骤2所述的干涉图和标记点，对unet神经网络进行训练；
12、步骤4.使用训练好的神经网络识别图像探测器接收到的干涉图提取亮暗条纹的中心骨架；
13、步骤5.使用步骤4提取到的坐标点对波面进行拟合，并进一步使用迭代法重构出待测波前中携带的相位信息。
14、所述的两片斐波那契-梅斯林对切光子筛为经过梅斯林对切的具有多重衍射聚焦功能的光子筛器件。
15、所述的图像探测器是ccd或cmos。
16、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
17、1)本专利技术光路简单、稳定性好，抗干扰能力强、对复杂环境的适应性好。
18、2)本专利技术使用unet神经网络的方法提取干涉图中的相位信息，相位提取精度高，并且可以提取传统图像处理方法无法得到的亮暗条纹之外的相位坐标点信息。
19、3)本专利技术通过斐波那契-梅斯林对切光子筛对待测波前进行扩束和缩束，利用扩束和缩束后的波前进行径向剪切干涉，受到其它级次衍射光和背景光的影响更小，提高了干涉图的质量，降低了相位提取的难度，提高了相位提取的精度。
20、4)本专利技术可简化径向剪切干涉仪的结构，可提高径向剪切干涉仪的精度，可提高径向剪切干涉仪对复杂环境的适应能力。
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1.一种基于斐波那契-梅斯林对切光子筛的径向剪切干涉仪，其特征在于，包括：第一斐波那契-梅斯林对切光子筛(1)、第二斐波那契-梅斯林对切光子筛(2)、图像探测器(3)和计算机(4)；所述图像探测器(3)的输出端与所述的计算机(4)的输入端相连；
2.根据权利要求1所述的基于斐波那契-梅斯林对切光子筛的径向剪切干涉仪，其特征在于，所述第一斐波那契-梅斯林对切光子筛(1)和第二斐波那契-梅斯林对切光子筛(2)是经过梅斯林对切的具有多重衍射聚焦功能的光子筛器件。
3.根据权利要求1所述的基于斐波那契-梅斯林对切光子筛的径向剪切干涉仪，其特征在于，所述的图像探测器(3)是CCD或CMOS。
4.一种利用权利要求1所述的基于斐波那契-梅斯林对切光子筛的径向剪切干涉仪还原波前相位信息的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种基于斐波那契-梅斯林对切光子筛的径向剪切干涉仪，其特征在于，包括：第一斐波那契-梅斯林对切光子筛(1)、第二斐波那契-梅斯林对切光子筛(2)、图像探测器(3)和计算机(4)；所述图像探测器(3)的输出端与所述的计算机(4)的输入端相连；
2.根据权利要求1所述的基于斐波那契-梅斯林对切光子筛的径向剪切干涉仪，其特征在于，所述第一斐波那契-梅斯林对切光子筛(...
【专利技术属性】
技术研发人员：张军勇，林健，胡颖清，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：
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