【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于全息术应用领域，涉及一种基于多区域、多结构参数优化的计算全息图编码方法。
技术介绍
1、在光学元件面形检测领域，计算全息检测技术(cgh)是一种行之有效的面形检测手段。其中，计算全息图是一种二元衍射光学元件，与光栅不同的是cgh的线宽以及条纹间距是根据传统光学全息技术中的波前记录与波前重建原理得到的相位分布而确定的，一般采用某一特定的占空比以及刻蚀深度进行加工。由于计算全息图会产生多个衍射级次的衍射光，因此在实际进行面形测量过程中，干扰级次的衍射光经干涉仪会在测量干涉图中产生鬼像，从而影响最终的测量精度。矢量衍射理论表明，当改变二元衍射光学元件的结构参数(占空比、刻蚀深度)会导致不同衍射级次的衍射光相位和衍射效率产生相应变化，因此通过优化计算全息图上某些特定区域的结构参数能够抑制特定干扰级次的衍射光，从而抑制鬼像的产生。另一方面，随着刻蚀技术的不断发展，刻蚀线宽也不断降低，同时刻蚀精度也得到提高，为该技术提供了技术支撑。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种基于多区域、多结构参数优化的计算全息图编码方法，以抑制面形检测过程中鬼像的干扰，提高检测精度。
2、为实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
3、一种基于多区域、多结构参数优化的计算全息图编码方法，包括如下步骤：
4、步骤1，基于中点控制的计算全息图相位编码；
5、步骤2，确定计算全息图上鬼像形成区域；
6、步骤3，采用严格耦合波法设计该鬼像形成区
7、所述步骤1包括：
8、步骤1.1:根据回转对称的待测光学元件参数、待测光学元件与计算全息图相对位置选择标准球面镜头，采用光线追迹法得到计算全息图的相位结果φ，并用标准zernike多项式的形式表达：
9、φ(r,θ)＝∑kakzk(r,θ)
10、式中，zk(r,θ)是第k项zernike多项式，k的取值范围由计算全息图相位的拟合精度决定；ak是第k项zernike多项式的系数；(r,θ)是计算全息图上以极坐标形式表达的空间坐标，r是极径，θ是极角；
11、步骤1.2:根据非球面检测精度设定计算全息图相位离散编码误差边界ε，定义条纹占空比为0.5，则计算全息图条纹轮廓曲线满足：
12、φ(ri,θi)＝iπ,i＝1,2…n
13、式中，i表示计算全息图第i个条轮廓曲线，n为自然数，表示计算全息图条纹轮廓曲线的总数量，满足如下关系：
14、
15、式中，floor[*]表示向下取整数，max(φ)表示取计算全息图的相位结果最大值；
16、步骤1.3:计算全息图上第i个条纹轮廓曲线的起始坐标，令求解得到从而确定第i个条纹轮廓曲线的起始坐标
17、步骤1.4:根据第i个条纹轮廓曲线起始坐标，对计算全息图的相位进行离散编；
18、首先，将以极坐标表示的第i个条纹轮廓曲线以为间隔划分成n个离散点，则第n个离散点坐标中满足：
19、
20、定义第n个离散点和第n-1个离散点之间的中间离散点的坐标中满足：
21、
22、则第n个离散点坐标满足如下关系：
23、
24、其中，abs(*)表示求两点之间的距离；rc表示计算全息图上的有效相位区域，求解上述方程组得到第i个条纹轮廓曲线的离散点坐标集依次连接各个离散点坐标形成离散后的第i个条纹轮廓曲线；
25、步骤1.5:重复步骤1.4，计算第i+1个条纹离散轮廓曲线的离散点坐标集直至满足如下关系：
26、i+1>n；
27、所述步骤2包括：
28、步骤2.1:根据所述计算全息图的相位计算结果，建立检测光路的光线模型：根据光线追迹的方法，以标准球面镜头的焦点位置作为原点，根据检测光路的光线模型结构、计算全息图物理尺寸结构和相位计算结果以及待测光学元件面形方程分别建立计算全息图和待测光学元件的物理坐标；在光路中非衍射面处采用折射定律确定光线传播情况：
29、
30、分别是光线在两种不同介质的非衍射界面处的入射向量和出射向量，是对于光学表面处的法线方向，e＝nt/ni是两种不同介质的非衍射界面两侧的折射率比值；当两种不同介质界面处存在衍射时，在衍射界面光线传播方向满足：
31、
32、式中，表示光线在衍射界面处的出射向量，λ表示入射光波长，m表示计算全息图产生的某个衍射级次，表示计算全息图的第m级衍射光对应的相位分布，x,y分别表示入射光线到达计算全息图上的位置坐标；
33、步骤2.2:根据步骤2.1所述的光线追迹方法，计算不同衍射级次组合光线产生的鬼像情况；不同衍射级次组合光线记为(f,g)，其中，f(xf,yf)表示光线第一次经过计算全息图上(xf,yf)位置处时产生的f级衍射光线；g(xg,yg)表示f级衍射光线在经过待测光学元件后返回计算全息图(xg,yg)位置处产生的g级衍射光线：
34、步骤2.3:根据步骤2.1所述的光线追迹方法计算g(级衍射光线到达标准球面镜头焦平面上的位置坐标(xgc,ygc)，当位置坐标(xgc,ygc)满足如下关系时，则确定(f,g)衍射级次组合会产生鬼像：
35、
36、式中，pd是标准球面镜头焦平面上的等效滤波小孔半径，定义鬼像形成区域是g(xg,yg)衍射光线在计算全息图上的区域，即
37、步骤2.4:选择不同衍射级次组合(fa＝a,gb＝b)，其中a,b＝±1,±2,…,±10，重复步骤2.3直至确定正负10级内所有衍射级次组合；
38、所述步骤3包括：
39、步骤3.1:基于所述计算全息图的相位离散编码结果，根据标量衍射理论给定刻蚀深度h：
40、
41、式中，ng为计算全息基底材料折射率，φ为全息单周期附加的相位值；
42、步骤3.2：将相位离散编码后计算全息图的有效区域沿等相递增方向离散成若干个等效光栅的集合，其中等相递增方向是计算全息图上等相位线上切线方向相等的点依次连接的方向；根据相位离散编码后的计算全息图计算等效光栅初始结构，占空比d与光栅周期d、光栅线宽a满足d＝a/d；其中，光栅周期d取局部周期的平均周期,设占空比初始值d0，刻蚀深度初始值h0，入射空间折射率n1,透射空间折射率n2；
43、步骤3.3：根据严格耦合波理论计算计算全息图有效区域上目标衍射光线的初始附加相位和初始衍射效率dt1；在鬼像形成区域上目标衍射光线的初始附加相位初始衍射效率dt1g以及g级衍射光衍射效率dtg；
44、根据严格耦合波理论,各级次衍射波透射复振幅em表示如下：
45、
46、其中，m表示计算全息图产生的某个衍射级次；tm表示第m级衍射波电场的归一化振幅；j是复数符号；k0表示空本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于多区域、多结构参数优化的计算全息图编码方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于多区域、多结构参数优化的计算全息图编码方法，其特征在于，计算全息图的等相位轮廓曲线上相邻离散点间的中点位于理论等相位轮廓曲线上。
3.根据权利要求1所述的一种基于多区域、多结构参数优化的计算全息图编码方法，其特征在于，计算全息图中有效区域沿等相递增方向被离散成若干个局部周期，并采用严格耦合波法优化设计得到除鬼像形成区域以外区域的占空比和刻蚀深度。
4.根据权利要求1所述的一种基于多区域、多结构参数优化的计算全息图编码方法，其特征在于，经过优化设计后得到的计算全息图被划分为多个具有不同占空比和刻蚀深度的区域。
5.根据权利要求1所述的一种基于多区域、多结构参数优化的计算全息图编码方法，其特征在于，所述目标衍射光的附加相位和衍射效率的计算过程采用严格耦合波法或者时域有限差分法。
【技术特征摘要】
1.一种基于多区域、多结构参数优化的计算全息图编码方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于多区域、多结构参数优化的计算全息图编码方法，其特征在于，计算全息图的等相位轮廓曲线上相邻离散点间的中点位于理论等相位轮廓曲线上。
3.根据权利要求1所述的一种基于多区域、多结构参数优化的计算全息图编码方法，其特征在于，计算全息图中有效区域沿等相递增方向被离散成若干个局部周期，并采...
【专利技术属性】
技术研发人员：侯溪，张帅，胡小川，陈强，
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：
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