專利名稱：馬赫-曾德點(diǎn)衍射干涉儀及激光復(fù)振幅重建方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種馬赫-曾德點(diǎn)衍射干涉儀及通過所述點(diǎn)衍射干涉儀進(jìn)行激光復(fù)振幅重建的方法。
背景技術(shù)：
近年來，激光技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。光束質(zhì)量是評(píng)價(jià)激光器的一個(gè)極其關(guān)鍵的參數(shù)，通常認(rèn)為它能夠從本質(zhì)上評(píng)價(jià)激光器所輸出光束的傳輸特性，因此其對(duì)激光器的理論分析和激光器的設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)、實(shí)際應(yīng)用等方面均具有極其重要意義?，F(xiàn)有的光束質(zhì)量參數(shù)一般描述的是激光系統(tǒng)輸出激光的靜態(tài)性能指標(biāo)，并沒有考慮到輸出激光的動(dòng)態(tài)特性。對(duì)于高平均功率激光器(如熱容激光器、全固態(tài)激光器)，在熱效應(yīng)、自作用模場(chǎng)等因數(shù)的綜合作用下，光束的近場(chǎng)分布和遠(yuǎn)場(chǎng)分布一般是非對(duì)稱的，并且其光束質(zhì)量也具有隨時(shí)間變化的特性。為了能更準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)激光的光束質(zhì)量，應(yīng)考慮激光的像散特性和隨時(shí)間的變化特性，即要采用含有時(shí)間因子的光束質(zhì)量評(píng)價(jià)參數(shù)。因此，要對(duì)激光光束作一個(gè)較為合理和完整的評(píng)價(jià)，就要求能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)激光器的光束質(zhì)量；其中最為直接的方法就是實(shí)時(shí)檢測(cè)激光器輸出光束的波前相位和振幅(或者是強(qiáng)度)分布， 即實(shí)時(shí)檢測(cè)輸出激光的復(fù)振幅場(chǎng)分布信息。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)激光光束質(zhì)量的綜合評(píng)價(jià)，激光工作者發(fā)展了各種各樣的激光光束質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)。較為常用的有哈特曼波前傳感器、M2光束質(zhì)量分析儀、自參考干涉波前檢測(cè)技術(shù)等。其中，哈特曼波前傳感器標(biāo)定方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能夠?qū)崿F(xiàn)波前實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的檢測(cè)，但是它的測(cè)量精度受到其空間分辨率的限制，并且它只適合于單模激光器的評(píng)價(jià)。M2光束質(zhì)量分析儀的基本原理是基于國際標(biāo)準(zhǔn)IS011146描述的方法，通過多次測(cè)量激光輸出光束不同位置上的光強(qiáng)分布二階距，然后通過曲線擬合待測(cè)激光束寬半徑的方法來確定束腰半徑，最后求得待測(cè)激光的M2因子；該方法雖然精度較高、是應(yīng)用較廣泛的方法之一，但是它需要多次測(cè)量，因此耗時(shí)較長，并且只適用于連續(xù)激光光束檢測(cè)。作為波前測(cè)量的自參考干技術(shù)是激光光束質(zhì)量檢測(cè)的重要手段，其檢測(cè)精度可以達(dá)到百分之一波長量級(jí)。其中較為常用的自參考干涉波前傳感儀器有徑向剪切干涉儀 (Radial Shearing Interferometry, RSI))和馬赫-曾德衍射光束干涉儀(Machlehnder Diffracted Beam Interferometer, M-Z/DBI)。 2008 年，Elena Lopez Lago 在文獻(xiàn) "Amplitude and phase reconstruction by radial shearing interferometry, App 1. Opt, 47 (3) :372-376 (2008)，，提出了基于徑向剪切干涉儀重建待測(cè)激光復(fù)振幅分布的數(shù)學(xué)迭代算法，獲得較高的精度；Elena Lopez Lago又在文獻(xiàn)"Single-shot amplitude and phase reconstruction by diffracted-beam interferometry. J. Opt. A :Pure App 1. Opt. 11 O009)”中報(bào)道了基于馬赫-曾德衍射光束干涉儀單次測(cè)量并提出了由此重建待測(cè)激光復(fù)振幅的數(shù)值迭代方法。但以上兩種方法都是對(duì)單次測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行較多的采樣，然后通過多次數(shù)值迭代的方法才能得到待測(cè)激光復(fù)振幅的真實(shí)分布，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)單次測(cè)量， 但是運(yùn)算量大，限制了其在線測(cè)量和實(shí)時(shí)瞬態(tài)檢測(cè)等領(lǐng)域的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種改進(jìn)的馬赫-曾德點(diǎn)衍射干涉儀和通過此種點(diǎn)衍射干涉儀進(jìn)行激光復(fù)振幅重建的方法，以提高激光光束質(zhì)量的檢測(cè)速度，滿足在線測(cè)量和實(shí)時(shí)瞬態(tài)檢測(cè)的要求。本發(fā)明的技術(shù)方案是對(duì)現(xiàn)有馬赫-曾德點(diǎn)衍射干涉儀進(jìn)行改進(jìn)，在其參考臂中設(shè)置一個(gè)針孔濾波器，使之產(chǎn)生理想的參考光，并且在信號(hào)光與參考之間引入空間載頻，使得本發(fā)明所述馬赫-曾德點(diǎn)衍射干涉儀無需專門的參考光，僅根據(jù)單幅載頻干涉條紋且不需要任何迭代過程就可以快速準(zhǔn)確地重建待測(cè)激光的復(fù)振幅分布。本發(fā)明所述馬赫-曾德點(diǎn)衍射干涉儀，包括光學(xué)匹配系統(tǒng)、第一分光鏡、第二分光鏡、第一反射鏡、第二反射鏡、第一傅里葉透鏡、第二傅里葉透鏡、第三傅里葉透鏡、第四傅里葉透鏡，針孔濾波器、CXD探測(cè)器和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；第一分光鏡用于將來自光學(xué)匹配系統(tǒng)的待測(cè)激光光束分為透射光束和反射光束；第一傅立葉透鏡位于第一分光鏡產(chǎn)生透射光束的光路上，針孔濾波器位于第一傅立葉透鏡的焦平面處，第一反射鏡位于針孔濾波器的光路上，第二傅里葉透鏡位于第一反射鏡產(chǎn)生反射光的光路上，所述透射光束依次經(jīng)第一傅立葉透鏡、位于第一傅立葉透鏡焦平面處的針孔濾波器、第一反射鏡、第二傅里葉透鏡形成擴(kuò)束光束；第三傅里葉透鏡位于第一分光鏡產(chǎn)生反射光束的光路上，第二反射鏡位于第三傅里葉透鏡的光路上，第四傅里葉透鏡位于第二反射鏡產(chǎn)生反射光的光路上，所述反射光束依次經(jīng)第三傅里葉透鏡、第二反射鏡、第四傅里葉透鏡形成縮小光束；第二分光鏡位于所述擴(kuò)束光束與所述縮小光束的交匯處，使所述擴(kuò)束光束發(fā)生反射，使所述縮小光束透射，經(jīng)第二分光鏡反射的擴(kuò)束光束為參考光，經(jīng)第二分光鏡透射的縮小光束為信號(hào)光，所述參考光和信號(hào)光相互重疊并發(fā)生干涉形成空間載頻干涉條紋；CCD探測(cè)器用于實(shí)時(shí)記錄信號(hào)光和參考光在相互重疊的區(qū)域發(fā)生干涉所形成的空間載頻干涉條紋，并將記錄的干涉條紋數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)處理接收到的空間載頻干涉條紋數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)待測(cè)激光復(fù)振幅分布的重建。本發(fā)明所述馬赫-曾德點(diǎn)衍射干涉儀，針孔濾波器的針孔孔徑為愛里斑直徑大小量級(jí)。本發(fā)明所述馬赫-曾德點(diǎn)衍射干涉儀，其第一分光鏡和第二分光鏡為分光平板或分光棱鏡。本發(fā)明所述馬赫-曾德點(diǎn)衍射干涉儀，其第一傅里葉透鏡、第二傅里葉透鏡、第三傅里葉透鏡和第四傅里葉透鏡為消像差傅立葉透鏡。其中，第一傅里葉透鏡和第二傅里葉透鏡為正傅里葉透鏡，第三傅里葉透鏡和第四傅里葉透鏡為正傅里葉透鏡或負(fù)傅里葉透
^Mi ο本發(fā)明所述激光復(fù)振幅重建的方法有兩種第一種方法的技術(shù)構(gòu)思是首先對(duì)采集到的載頻干涉條紋作傅里葉變換得到干涉條紋的頻譜分布，然后通過頻域?yàn)V波獲得零級(jí)頻譜分量和一級(jí)頻譜分量，繼后對(duì)一級(jí)頻譜作傅里葉反變換得到待測(cè)激光波前相位分布和干涉條紋的振幅調(diào)制度函數(shù)，對(duì)零級(jí)頻譜分量作傅里葉反變換得到干涉條紋的背景光強(qiáng)；結(jié)合得到的干涉條紋振幅調(diào)制度函數(shù)和背景光強(qiáng)可計(jì)算得到待測(cè)激光的振幅分布；最后綜合得到的波前相位和振幅分布即可得到待測(cè)激光的復(fù)振幅分布情況。第一種方法包括以下步驟(1)通過本發(fā)明所述馬赫-曾德點(diǎn)衍射干涉儀的光學(xué)器件使待測(cè)激光形成信號(hào)光和參考光，并使所述信號(hào)光和參考光相互重疊發(fā)生干涉形成空間載頻干涉條紋；(2)通過本發(fā)明所述馬赫-曾德點(diǎn)衍射干涉儀的CCD探測(cè)器實(shí)時(shí)記錄信號(hào)光和參考光發(fā)生干涉形成的空間載頻干涉條紋，并將記錄的干涉條紋數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，(3)通過本發(fā)明所述馬赫-曾德點(diǎn)衍射干涉儀的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)空間載頻干涉條紋數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并重建待測(cè)激光復(fù)振幅分布，步驟如下①對(duì)接收到的干涉條紋作預(yù)處理，所述預(yù)處理包括干涉條紋的去噪、截取干涉條紋的有效部分和空間延拓；②對(duì)預(yù)處理后的干涉條紋作傅里葉變換得到干涉條紋的頻譜分布，然后在頻域中作頻譜濾波，分別濾出一級(jí)頻譜分量和零級(jí)頻譜分量；③將步驟②得到的一級(jí)頻譜分量移至頻譜零點(diǎn)位置并作傅里葉反變換，得到干涉條紋調(diào)制度函數(shù)b(x，y)和待測(cè)激光波前相位cts(X，y)；④對(duì)步驟②得到的零級(jí)頻譜分量作傅里葉反變換得到干涉條紋背景光強(qiáng)a(x， y)；⑤綜合步驟③得到的干涉條紋調(diào)制度函數(shù)b (x, y)和步驟④得到的干涉條紋背景光強(qiáng)a(x，y)求得干涉條紋的最大值gfflax(x, y)和最小值gfflin(x, y)gmax(x，y) = a (χ, y)+b(x, y), gmin(x, y) = a (χ, y)-b(x, y),當(dāng)滿足a(x，y)彡b(x，y)時(shí)，待測(cè)激光的振幅分布由下式確定Us (χ，y^ = Vgmax(x^)+Vgrnm (x^)；⑥綜合步驟③得到的待測(cè)激光波前相位Φ3(χ，y)和步驟⑤得到的待測(cè)激光振幅分布us (x, y)，則得到待測(cè)激光的復(fù)振幅分布-.Es (x,y) = us (x,y)e^y)。第二種方法的技術(shù)構(gòu)思是首先對(duì)采集到的載頻干涉條紋作傅里葉變換得到干涉條紋的頻譜分布，然后通過頻域?yàn)V波獲得一級(jí)頻譜分量，繼后對(duì)一級(jí)頻譜做傅里葉反變換得到干涉條紋的復(fù)振幅調(diào)制度函數(shù)；當(dāng)本發(fā)明所述馬赫-曾德點(diǎn)衍射干涉儀的放大倍數(shù)M 達(dá)到一定值時(shí)，得到的干涉條紋的復(fù)振幅調(diào)制度函數(shù)即為待測(cè)激光的復(fù)振幅分布。第二種方法包括以下步驟(1)通過本發(fā)明所述馬赫-曾德點(diǎn)衍射干涉儀的光學(xué)器件使待測(cè)激光形成信號(hào)光和參考光，并使所述信號(hào)光和參考光相互重疊發(fā)生干涉形成空間載頻干涉條紋；(2)通過本發(fā)明所述馬赫-曾德點(diǎn)衍射干涉儀的CCD探測(cè)器實(shí)時(shí)記錄信號(hào)光和參考光發(fā)生干涉形成的空間載頻干涉條紋，并將記錄的干涉條紋數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，(3)通過本發(fā)明所述馬赫-曾德點(diǎn)衍射干涉儀的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)空間載頻干涉條紋數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并重建待測(cè)激光復(fù)振幅分布，步驟如下①對(duì)接收到的干涉條紋作預(yù)處理，所述預(yù)處理包括干涉條紋的去噪、截取干涉條紋的有效部分和空間延拓；②對(duì)預(yù)處理后的干涉條紋作傅里葉變換得到干涉條紋的頻譜分布，然后在頻域中作頻譜濾波，濾出一級(jí)頻譜分量；③將步驟②得到的一級(jí)頻譜分量移至頻譜零點(diǎn)位置并作傅里葉反變換，得到干涉
條紋復(fù)振幅調(diào)制度函數(shù)小，力^力，力 ^，^^鄧^^，州，式中，他“…為待測(cè)激
光振幅分布，Φ5(Χ,Υ)為待測(cè)激光波前相位，M為本發(fā)明所述馬赫-曾德點(diǎn)衍射干涉儀的放
大倍數(shù)，當(dāng)M在一定取值范圍時(shí)^/;,^^近似為常數(shù)UR(0，0)，由于實(shí)際應(yīng)用中只考慮激
、M M J
光振幅(或強(qiáng)度)的相對(duì)值，因此待測(cè)激光的復(fù)振幅分布可由下式確定Es (x, y) 0^ uE(0,0) · Us (x，y) exp [i Φ s (x，y)]。上述方法中，本發(fā)明所述馬赫-曾德點(diǎn)衍射干儀放大倍數(shù)M= (Vf1)2,式中，&為第一傅里葉透鏡(3)的焦距，f2為第二傅里葉透鏡(6)的焦距。上述方法中，本發(fā)明所述馬赫-曾德點(diǎn)衍射干儀的放大倍數(shù)M至少為8。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下特點(diǎn)和有益技術(shù)效果1、由于本發(fā)明所提供的馬赫-曾德點(diǎn)衍射干涉儀在馬赫曾德結(jié)構(gòu)的參考臂中設(shè)置了一個(gè)針孔濾波器，能產(chǎn)生理想的參考光，因此將信號(hào)光和參考光形成的干涉條紋重建得到的相位信息即為待測(cè)激光的真實(shí)波前相位信息，使用本發(fā)明所述點(diǎn)衍射干涉儀進(jìn)行激光復(fù)振幅重建不需要傳統(tǒng)自參考干涉儀那樣的繁雜迭代過程，提高了波前相位的檢測(cè)精度和速度。2、本發(fā)明所提供的馬赫-曾德點(diǎn)衍射干涉儀，由于其第一傅立葉透鏡和第二傅立葉透鏡組成的望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)對(duì)參考光起著放大作用，因而采用孔徑較大的針孔濾波器同樣可以得到較為理想的參考平面波，與傳統(tǒng)的點(diǎn)衍射干涉儀相比，可提高光的利用率。3、由于本發(fā)明所述激光復(fù)振幅重建方法只需要測(cè)量單幅干涉條紋便可重建待測(cè)激光的復(fù)振幅場(chǎng)分布，同時(shí)測(cè)量的干涉條紋數(shù)據(jù)直接反應(yīng)了待測(cè)激光波前相位和振幅信息，不需要繁雜的波前重構(gòu)過程，因此本發(fā)明所述馬赫-曾德點(diǎn)衍射干涉儀及其激光復(fù)振幅重建方法可實(shí)時(shí)重建待測(cè)激光復(fù)振幅分布，適用于各種激光器所產(chǎn)生激光的復(fù)振幅分布的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)檢測(cè)，并且對(duì)光束質(zhì)量較差的多模激光復(fù)振幅在線檢測(cè)也能到得到較好的結(jié)^ ο


圖1是本發(fā)明所述馬赫-曾德點(diǎn)衍射干涉儀的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例3中通過CXD探測(cè)器所采集到的空間載頻干涉條紋圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例3對(duì)圖2中的干涉條紋作傅里葉變換得到的頻譜分布圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例3所重建的待測(cè)激光的振幅分布圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例3所重建的待測(cè)激光的相位分布圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例3中待測(cè)激光的束半寬隨傳輸距離的變化曲線；圖7是本發(fā)明實(shí)施例4中通過CCD探測(cè)器所采集到的空間載頻干涉條紋圖；圖8是本發(fā)明實(shí)施例4所重建的待測(cè)激光的振幅分布圖；圖9是本發(fā)明實(shí)施例4所重建的待測(cè)激光的相位分布圖；圖10是本發(fā)明實(shí)施例4中的待測(cè)激光的束半寬隨傳輸距離的變化曲線。
圖中，1-光學(xué)匹配系統(tǒng)，2-第一分光鏡，3-第一傅里葉透鏡，4-針孔濾波器，5-第一反射鏡，6-第二傅立葉透鏡，7-第三傅里葉透鏡，8-第二反射鏡，9-第四傅里葉透鏡， 10-第二分光鏡，Il-CXD探測(cè)器，12-計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但它僅用于說明本發(fā)明的一些具體的實(shí)施方式，而不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的任何限定。實(shí)施例1本實(shí)施例中，馬赫-曾德點(diǎn)衍射干涉儀的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括光學(xué)匹配系統(tǒng)1、第一分光鏡2、第二分光鏡10、第一反射鏡5、第二反射鏡8、第一傅里葉透鏡3、第二傅里葉透鏡6、第三傅里葉透鏡7、第四傅里葉透鏡9，針孔濾波器4、(XD探測(cè)器11和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)12。所述光學(xué)匹配系統(tǒng)1采用放大倍數(shù)為4倍的望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)；所述第一分光鏡2和第二分光鏡10均采用針對(duì)波長632. Snm的透射率與反射率之比為5 5的單波長分光平板； 所述第一反射鏡5和第二反射鏡8均為針對(duì)632. 8nm波長的單波長介質(zhì)膜高反射鏡；所述第一傅里葉透鏡3、第二傅里葉透鏡6、第三傅里葉透鏡7和第四傅里葉透鏡9均為消像差正傅立葉透鏡，它們的焦距分別為= 100mm、f2 = 200mm、f3 = 200mm和f4 = 100mm ；針孔濾波器4的孔徑為25微米；CXD探測(cè)器11采用型號(hào)為MVC-II1M、1024X 1280像素的面陣CCD探測(cè)器；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)12為PC計(jì)算機(jī)。第一分光鏡2用于將來自光學(xué)匹配系統(tǒng)1的待測(cè)激光光束分為透射光束和反射光束；第一傅立葉透鏡3位于第一分光鏡2產(chǎn)生透射光束的光路上，針孔濾波器4位于第一傅立葉透鏡的焦平面處，第一反射鏡5位于針孔濾波器4的光路上，第二傅里葉透鏡6位于第一反射鏡5產(chǎn)生反射光的光路上，所述透射光束依次經(jīng)第一傅立葉透鏡3、位于第一傅立葉透鏡焦平面處的針孔濾波器4、第一反射鏡5、第二傅里葉透鏡6形成擴(kuò)束光束；第三傅里葉透鏡7位于第一分光鏡2產(chǎn)生反射光束的光路上，第二反射鏡8位于第三傅里葉透鏡7的光路上，第四傅里葉透鏡9位于第二反射鏡8產(chǎn)生反射光的光路上，所述反射光束依次經(jīng)第三傅里葉透鏡7、第二反射鏡8、第四傅里葉透鏡9形成縮小光束；第二分光鏡10位于所述擴(kuò)束光束與所述縮小光束的交匯處，使所述擴(kuò)束光束發(fā)生反射，使所述縮小光束透過，經(jīng)第二分光鏡10反射的擴(kuò)束光束作為參考光，經(jīng)第二分光鏡10透過的縮小光束作為信號(hào)光；CCD 探測(cè)器11用于實(shí)時(shí)記錄信號(hào)光和參考光在相互重疊的區(qū)域發(fā)生干涉所形成的空間載頻干涉條紋，并將記錄的干涉條紋數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)12用于實(shí)時(shí)處理接收到的干涉條紋數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)待測(cè)激光復(fù)振幅分布的重建。所述馬赫-曾德點(diǎn)衍射干涉儀的基本原理如下設(shè)待測(cè)激光復(fù)振幅表示為E (x0, y0) = u (x0, y0) exp [i Φ (x0, y0)]，其依次經(jīng)過所述第三傅里葉透鏡7和第四傅里葉透鏡9后形成縮小光束作為信號(hào)光，可表示為Es(x,y)=us (X^)eXp(x,y)]\x=mx^=myo⑴其中m = f2/fi = f3/f4彡1，f\和f2分別為所述第一傅里葉透鏡3和第二傅里葉透鏡6的焦距；f3和f4分別為所述第三傅里葉透鏡6和第四傅里葉透鏡9的焦距。根據(jù)傅里葉光學(xué)理論，參考光在其成像面可以表示為
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權(quán)利要求
1.一種馬赫-曾德點(diǎn)衍射干涉儀，包括光學(xué)匹配系統(tǒng)(1)、第一分光鏡O)、第二分光鏡 (10)、第一反射鏡(5)、第二反射鏡(8)，特征在于還包括針孔濾波器G)、第一傅里葉透鏡 (3)、第二傅里葉透鏡(6)、第三傅里葉透鏡(7)、第四傅里葉透鏡(9)、CCD探測(cè)器(11)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(12)；第一分光鏡( 用于將來自光學(xué)匹配系統(tǒng)(1)的待測(cè)激光光束分為透射光束和反射光束；第一傅立葉透鏡C3)位于第一分光鏡( 產(chǎn)生透射光束的光路上，針孔濾波器(4)位于第一傅立葉透鏡的焦平面處，第一反射鏡( 位于針孔濾波器的光路上，第二傅里葉透鏡(6)位于第一反射鏡( 產(chǎn)生反射光的光路上，所述透射光束依次經(jīng)第一傅立葉透鏡(3)、位于第一傅立葉透鏡焦平面處的針孔濾波器G)、第一反射鏡(5)、第二傅里葉透鏡 (6)形成擴(kuò)束光束；第三傅里葉透鏡(7)位于第一分光鏡( 產(chǎn)生反射光束的光路上，第二反射鏡(8)位于第三傅里葉透鏡(7)的光路上，第四傅里葉透鏡(9)位于第二反射鏡(8)產(chǎn)生反射光的光路上，所述反射光束依次經(jīng)第三傅里葉透鏡(7)、第二反射鏡(8)、第四傅里葉透鏡(9)形成縮小光束；第二分光鏡(10)位于所述擴(kuò)束光束與所述縮小光束的交匯處，使所述擴(kuò)束光束發(fā)生反射，使所述縮小光束透射，經(jīng)第二分光鏡(10)反射的擴(kuò)束光束為參考光，經(jīng)第二分光鏡 (10)透射的縮小光束為信號(hào)光；CCD探測(cè)器(11)用于實(shí)時(shí)記錄信號(hào)光和參考光在相互重疊的區(qū)域發(fā)生干涉所形成的空間載頻干涉條紋，并將記錄的干涉條紋數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(12)；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(12)用于實(shí)時(shí)處理接收到的空間載頻干涉條紋數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)待測(cè)激光復(fù)振幅分布的重建。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的馬赫-曾德點(diǎn)衍射干涉儀，其特征在于所述針孔濾波器(4) 的針孔孔徑為愛里斑直徑大小量級(jí)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的馬赫-曾德點(diǎn)衍射干涉儀，其特征在于所述第一分光鏡 (2)和第二分光鏡(10)為分光平板或分光棱鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的馬赫-曾德點(diǎn)衍射干涉儀，其特征在于所述的第一反射鏡(5)和第二反射鏡(8)為單波長介質(zhì)膜反射鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的馬赫-曾德點(diǎn)衍射干涉儀，其特征在于所述的第一傅里葉透鏡(3)、第二傅里葉透鏡(6)、第三傅里葉透鏡(7)和第四傅里葉透鏡(9)為消像差傅立葉透鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的馬赫-曾德點(diǎn)衍射干涉儀，其特征在于第一傅里葉透鏡(3) 和第二傅里葉透鏡(6)為正傅里葉透鏡，第三傅里葉透鏡(7)和第四傅里葉透鏡(9)為正傅里葉透鏡或負(fù)傅里葉透鏡。
7.一種激光復(fù)振幅重建的方法，其特征在于使用權(quán)利要求1至6中任一權(quán)利要求所述的馬赫-曾德點(diǎn)衍射干涉儀，包括以下步驟(1)通過權(quán)利要求1至6中任一權(quán)利要求所述馬赫-曾德點(diǎn)衍射干涉儀的光學(xué)器件使待測(cè)激光形成信號(hào)光和參考光，并使所述信號(hào)光和參考光相互重疊發(fā)生干涉形成空間載頻干涉條紋；(2)通過權(quán)利要求1至6中任一權(quán)利要求所述馬赫-曾德點(diǎn)衍射干涉儀的CXD探測(cè)器 (11)實(shí)時(shí)記錄信號(hào)光和參考光發(fā)生干涉形成的空間載頻干涉條紋，并將記錄的干涉條紋數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(12)，(3)通過權(quán)利要求1至6中任一權(quán)利要求所述的馬赫-曾德點(diǎn)衍射干涉儀的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(1 對(duì)空間載頻干涉條紋數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并重建待測(cè)激光復(fù)振幅分布，步驟如下①對(duì)接收到的干涉條紋作預(yù)處理，所述預(yù)處理包括干涉條紋的去噪、截取干涉條紋的有效部分和空間延拓；②對(duì)預(yù)處理后的干涉條紋作傅里葉變換得到干涉條紋的頻譜分布，然后在頻域中作頻譜濾波，分別濾出一級(jí)頻譜分量和零級(jí)頻譜分量；③將步驟②得到的一級(jí)頻譜分量移至頻譜零點(diǎn)位置并作傅里葉反變換，得到干涉條紋調(diào)制度函數(shù)b(x，y)和待測(cè)激光波前相位cts(X，y)；④對(duì)步驟②得到的零級(jí)頻譜分量作傅里葉反變換得到干涉條紋背景光強(qiáng)a(x，y)；⑤綜合步驟③得到的干涉條紋調(diào)制度函數(shù)b(x，y)和步驟④得到的干涉條紋背景光強(qiáng) a(x,y)求得干涉條紋的最大值Sliax(^y)和最小值Sllin(^y)gmax(x' y) = a (x, y)+b(x, y), gmin(x, y) = a (χ, y)-b(x, y), 當(dāng)滿足a(x，y) ^b(x,y)時(shí)，待測(cè)激光的振幅分布由下式確定
8. 一種激光復(fù)振幅重建的方法，其特征在于使用權(quán)利要求1至6中任一權(quán)利要求所述的馬赫-曾德點(diǎn)衍射干涉儀，包括以下步驟(1)通過權(quán)利要求1至6中任一權(quán)利要求所述馬赫-曾德點(diǎn)衍射干涉儀的光學(xué)器件使待測(cè)激光形成信號(hào)光和參考光，并使所述信號(hào)光和參考光相互重疊發(fā)生干涉形成空間載頻干涉條紋；(2)通過權(quán)利要求1至6中任一權(quán)利要求所述馬赫-曾德點(diǎn)衍射干涉儀的CXD探測(cè)器(11)實(shí)時(shí)記錄信號(hào)光和參考光發(fā)生干涉形成的空間載頻干涉條紋，并將記錄的干涉條紋數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(12)，(3)通過權(quán)利要求1至6中任一權(quán)利要求所述馬赫-曾德點(diǎn)衍射干涉儀的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(12)對(duì)空間載頻干涉條紋數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并重建待測(cè)激光復(fù)振幅分布，步驟如下①對(duì)接收到的干涉條紋作預(yù)處理，所述預(yù)處理包括干涉條紋的去噪、截取干涉條紋的有效部分和空間延拓；②對(duì)預(yù)處理后的干涉條紋作傅里葉變換得到干涉條紋的頻譜分布，然后在頻域中作頻譜濾波，濾出一級(jí)頻譜分量；③將步驟②得到的一級(jí)頻譜分量移至頻譜零點(diǎn)位置并作傅里葉反變換，得到干涉條紋復(fù)振幅調(diào)制度函數(shù)
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述激光復(fù)振幅重建的方法，其特征在于所述馬赫-曾德點(diǎn)衍射干儀的放大倍數(shù)M= (fVA)2，式中，為第一傅里葉透鏡(3)的焦距，f2為第二傅里葉透鏡 (6)的焦距。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述激光復(fù)振幅重建的方法，其特征在于所述馬赫-曾德點(diǎn)衍射干儀的放大倍數(shù)M至少為8。
全文摘要
本發(fā)明所述馬赫-曾德點(diǎn)衍射干涉儀，包括光學(xué)匹配系統(tǒng)、第一分光鏡、第二分光鏡、第一反射鏡、第二反射鏡、第一傅里葉透鏡、第二傅里葉透鏡、第三傅里葉透鏡、第四傅里葉透鏡，針孔濾波器、CCD探測(cè)器和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。本發(fā)明所述激光復(fù)振幅重建方法，首先對(duì)采集到的載頻干涉條紋作傅里葉變換獲干涉條紋的頻譜分布，然后通過頻域?yàn)V波獲零級(jí)頻譜分量和一級(jí)頻譜分量，繼后對(duì)一級(jí)頻譜作傅里葉反變換得待測(cè)激光波前相位分布和干涉條紋的振幅調(diào)制度函數(shù)，對(duì)零級(jí)頻譜作傅里葉反變換得干涉條紋的背景光強(qiáng)；結(jié)合振幅調(diào)制度函數(shù)和背景光強(qiáng)可得待測(cè)激光振幅分布。上述儀器和方法，無需專門參考光，可適用于各類激光器復(fù)振幅動(dòng)態(tài)檢測(cè)及光束質(zhì)量評(píng)價(jià)。
文檔編號(hào)G01J9/02GK102230827SQ20111016446
公開日2011年11月2日 申請(qǐng)日期2011年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月18日
發(fā)明者馮國英, 周壽桓, 杜永兆 申請(qǐng)人:四川大學(xué)