[发明专利]亚微米孔径光纤点衍射波前测量的结构误差校正方法

摘要

本发明涉及一种亚微米孔径光纤点衍射波前测量的结构误差校正方法，通过无成像镜头的CCD探测器获取原始剪切波前数据，利用三维坐标重构对剪切波面数据进行预校正，再获取180度旋转测量探头后的预校正数据，将二者叠加，消除两点衍射源偏移引入的结构误差，得到真实剪切波面数据，再根据差分泽尼克多项式拟合方法拟合得到待测的亚微米孔径光纤点衍射波前，实现亚微米孔径光纤点衍射波前的高精度测量。

主权项

1.一种亚微米孔径光纤点衍射波前测量的结构误差校正方法，其特征在于包括如下步骤：(1‑1)将两根具有相同结构尺寸的亚微米孔径光纤安装于亚波长孔径光纤点衍射干涉仪的测量探头中，所述的亚微米孔径光纤的前端头呈锥形，构成锥形探针出光端面，两个锥形探针出光端面并排且共面，水平放置所述的测量探头，并且使两个所述的锥形探针出光端面的连线呈水平方向；(1‑2)将所述的亚波长孔径光纤点衍射干涉仪的参考路和检测路的两路相干光分别导入两根亚微米孔径光纤，采用不带成像镜头的CCD探测器采集来自于两根亚微米孔径光纤的点衍射干涉图，利用多步移相算法解调出对应的点衍射剪切波面数据ΔW(s)，其中s为两亚微米孔径光纤点衍射源的横向偏移量；(1‑3)在点衍射剪切波面数据ΔW(s)中选取6个以上像素点处的相位值，组成非线性超定方程组，运用迭代优化算法重构出两亚微米孔径光纤点衍射源的三维坐标为(x1，y1，z1)和(x2，y2，z2)，已知所述的CCD探测器上每像素点坐标为(x，y，z)，根据光程差公式：生成理想波面数据ΔW(s)′；(1‑4)将所述的测量探头绕其轴线旋转180度，使两亚微米孔径光纤点衍射源的横向偏移量变为‑s，保持CCD探测器位置不变，重复步骤(1‑2)，得到另一组点衍射剪切波面数据ΔW(‑s)，再用点衍射剪切波面数据ΔW(‑s)重复步骤(1‑3)，得到对应的另一组理想波面数据ΔW(‑s)′；(1‑5)利用基于三坐标重构得到的两组理想波面数据(ΔW(s)′，ΔW(‑s)′)，对测量得到的原始点衍射剪切波面数据(ΔW(s)，ΔW(‑s))进行第一步校正：ΔW1(s)＝ΔW(s)‑ΔW(s)′ΔW1(‑s)＝ΔW(‑s)‑ΔW(‑s)′得到初步校正后的点衍射剪切波面数据(ΔW1(s)，ΔW1(‑s))；(1‑6)将初步校正后的点衍射剪切波面数据(ΔW1(s)，ΔW1(‑s))进行叠加，实现点衍射剪切波面数据的第二步校正，得到不存在结构误差的真实点衍射剪切波面ΔW：包括亚波长孔径光纤点衍射波前重构方法：(2‑1)利用步骤(1‑3)所重构得到的两亚微米孔径光纤点衍射源的三维坐标(x1，y1，z1)和(x2，y2，z2)，计算得到两亚微米孔径光纤点衍射源的横向偏移量s，并据此得到相应的差分泽尼克多项式ΔZ＝{ΔZi}，ΔZi(x，y)＝Zi(x，y)‑Zi(x+s，y)其中，下标i表示多项式的项数，{Zi}表示泽尼克多项式，坐标(x，y)为波面上各点坐标数据；(2‑2)利用最小二乘法对步骤(1‑6)所获得的真实点衍射剪切波面ΔW进行差分泽尼克多项式拟合，得到差分泽尼克多项式系数a＝{ai}，a＝(ΔZTΔZ)‑1ΔZTΔW，其中T表示转置运算；(2‑3)利用差分泽尼克多项式系数a＝{ai}，即可重构得到实际待测的亚微米孔径光纤点衍射波面数据W0，