[发明专利]基于动态调制的单次曝光波前重建和相位成像装置和方法

权利要求书

1.一种基于动态调制的单次曝光波前重建和相位成像装置，其特征在于，其构成包括：待测光束(1)、波前调制器(2)和光斑探测器(3)，其中所述待测光束(1)为相干光或者部分相干光；所述波前调制器(2)为振幅型、相位型或者振幅相位型波前调制板，所述光斑探测器(3)位于所述波前调制器(2)的夫琅和费衍射面上，同时所述波前调制器(2)具备以下特点：根据所述波前调制器(2)频谱强度的分布，可以将其频谱分割出多个能量相近且空间相对独立的子频谱，各个所述子频谱之间在空间上具备一定间断性，在不考虑各个所述子频谱之间的空间平移的条件下，各个所述子频谱之间强度分布各不相同，将各个所述子频谱单独截取出后逆傅里叶变换可得到多个不同的波前调制器，即所述波前调制器(2)具备频谱空间可分割性，通过在频谱空间上的分割可分解出多个复振幅透过率不同的子波前调制器。

2.如权利要求1所述的基于动态调制的单次曝光波前重建和相位成像装置，其特征在于，所述波前调制器(2)为基于二元光学设计理论得到的振幅型、相位型或者振幅相位型波前调制板。

3.一种用于如权利要求1所述的基于动态调制的单次曝光波前重建和相位成像装置的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)对所述波前调制器(2)的透过率函数H进行傅里叶变换后得到FFT{}表示傅里叶变换，根据分布特点分割出n个子频谱i＝1,2,…n,逆傅里叶变换得到n个子波前调制器FFT^-1{}表示逆傅里叶变换；

2)所述待测光束(1)经过所述波前调制器(2)后，通过所述光斑探测器(3)记录一幅衍射光斑I，由于所述光斑探测器(3)位于夫琅和费衍射面上，因此I分布和强度分布趋势类似，根据的分割方案，对衍射光斑I进行相同的分割，得到n个子衍射光斑Iⁱ，i＝1,2,…n；

3)对所述待测光束(1)分布进行初始猜测为G₀后，第k次迭代过程描述为以下过程，其中下标表示迭代次数：

①计算第一个子波前调制器H¹，i＝1，对应的衍射光斑得到表示从所述波前调制器(2)到所述光斑探测器(3)的衍射过程；

②对计算得到的E¹进行振幅更新，得到| |表示取振幅，逆传播到所述波前调制器(2)所在平面，并根据以下公式计算得到更新后的照明光其中*表示共轭，αβ为自选常数，表示逆向传播；

③将作为第2个子波前调制器H²的照明光猜测，并利用子衍射光斑I²，对应i＝2，重复步骤①-②，并得到更新后的

④将作为下一个子波前调制器的照明光猜测重复步骤①-③，直到n个子衍射光斑，并得到更新后的照明光

⑤计算不考虑分割情况下的衍射光斑误差其中M为计算矩阵像素个数；

⑥将作为第k+1次迭代的初始猜测，重复步骤①-⑤直到RMS变化很小，完成迭代过程，得到所述待测光束(1)的复振幅分布G，将其传播到所需平面，完成波前重建或者实现相位成像过程。