[发明专利]多波长复合光场在线测量装置和测量方法

权利要求书

1.一种多波长复合光场在线测量装置，其特征在于该装置包括三台阶随机相位板(1)和CCD探测器(2)并通过连接套筒(3)固定在一起，所述的三台阶随机相位板面(S2)和CCD探测器靶面(S3)平行，所述的三台阶随机相位板面(S2)和CCD探测器靶面(S3)之间的距离为L，所述的三台阶随机相位板(1)的相位分布为P_m，所述的CCD探测器(2)的输出端与计算机(4)的输入端相连，所述的计算机(4)具有相应数据记录采集与处理软件，用来记录光斑与数据处理；所述的三台阶随机相位板(1)对不同的光场均有较强的散射能力及较高的透过率，通过在石英玻璃上面进行深度差异化刻蚀，对每一种波长的光相位延迟量有三个分量，并且随机分布,若对基频光的三种相位延迟量为[a b c]，则相应对倍频、三倍频光的相位延迟量分别为[2a 2b 2c]、[3a 3b 3c]。

2.利用权利要求1所述的在线测量装置对基频、倍频和三倍频多波长复合光场的测量方法，其特征在于该方法包括下列步骤：

1)根据实际待测光波场的尺寸大小选择相应的缩束器使待记录光斑能被所述的CCD探测器(2)完全接收；

2)将所述的在线测量装置置于待测光路中并使所述的三台阶随机相位板面(S2)与光束垂直，入射光波为球面波且焦平面称为入射面(S1)，该入射面(S1)位于所述的三台阶随机相位板面(S2)之前，确定距离为T，若待测光波为脉冲光，应为所述的CCD探测器(2)添加外部触发信号；

3)待测复合光场经三台阶随机相位板散射后被CCD探测器(2)探测一幅衍射光斑送所述的计算机(4)存储，该计算机利用编写的软件进行下列迭代运算，包括以下步骤：

①第一次迭代时，初始猜测焦平面处三束光的分布为φ_1,m,

②令n＝n+1，进行第n次迭代过程描述如下：

根据衍射理论将焦平面S1处光场φ_n,m传播到相位板面得到三台阶随机相位板面S2上的入射光场分布为ψ_n,m；

其中，下标m表示不同波长的光场：m＝1代表基频光，m＝2代表倍频光，m＝3代表三倍频光，下标n表示第n次迭代，φ_3,1代表第3次迭代过程中基频光的光场复振幅分布；

③相位板面S2后的出射光场为W_n,m＝ψ_n,m*P_m；

④相位板后出射光场传播到CCD靶面得到衍射光斑为

其中，表示光场W_n,m传输距离L的过程，表示傅里叶变换，计算第n次迭代的误差E_n：

其中，I为记录的光斑强度，∑u表示对矩阵的行列求和；

⑤利用记录的实际光斑I对计算得到的每种光的波前振幅进行修正并保持相位不变，即

与单波长更新不同，在振幅更新时，根据每种光在迭代过程中的能量比例乘了相应的系数；

⑥将⑤中更新后的波前逆传播到三台阶随机相位板面S2，用表示沿光的入射方向逆向传播距离L，消除相位板相位调制得到修正后的相位板前照明光ψ′_n,m；

⑦逆传播到焦平面根据焦平面上焦斑通常集中在中心区域的特点引入焦平面限制，得到修正后的焦平面三束光的波前分布：

φ_n+1,m＝S_R(n,m)φ′_n,m+γ(1-S_R(n,m))(φ′_n,m-φ_n,m)并作为下一次迭代的初始值，其中S_R(n,m)为一个直径随迭代次数逐渐变大的孔函数，达到最大值后不再增加，更新权重值γ在[0,1]之间；

⑧返回步骤①，当衍射斑平面误差小于10^-3，结束迭代过程。