基于迭代算法的波前重建

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011030798.6(22)申请日 2020.09.27(71)申请人 中国科学院光电技术研究所地址 610209 四川省成都市双流350信箱(72)发明人 邱学晶　杨超　许冰　(74)专利代理机构 北京科迪生专利代理有限责任公司 11251代理人 杨学明(51)Int.Cl.G01J 9/00(2006.01)G06N 3/04(2006.01)G06N 3/08(2006.01)G06T 5/00(2006.01)(54)发明名称基于稀疏子孔径夏克-哈特曼波前传感器的深度学习波前复原方法(57)摘要本发明公开了一种基于稀疏子孔径夏克‑哈特曼波前传感器的深度学习波前复原方法。

传统夏克‑哈特曼波前传感器测量精度受限于微透镜阵列空间采样率，为了保证探测精度，通常采用高密度微透镜阵列以提高空间采样率。

但过高的空间采样率会降低子孔径信噪比，反而限制了波前复原精度。

深度学习可自提取图像深层特征，可被用于拟合远场光强分布到波前像差信息的映射。

基于此，本发明基于深度学习设计了一种光能利用率高、实时性好、复原精度高的2×2稀疏子孔径夏克‑哈特曼波前传感器，引入深度学习替代原有的模式复原过程，实现高精度快速波前复原。

权利要求书1页 说明书3页 附图2页CN 112179503 A 2021.01.05C N 112179503A1.基于稀疏子孔径夏克-哈特曼波前传感器的深度学习波前复原方法，其特征在于，通过以下步骤实现：步骤1：设计2×2稀疏子孔径夏克-哈特曼波前传感器；步骤2：根据步骤1收集2×2稀疏子孔径夏克-哈特曼波前传感器的远场光斑与近场波前数据，并将CCD测量的远场图像和近场波前对应的Zernike模式系数分别作为数据集中的样本和标签，若步骤2无法实现，则重复执行步骤1再次设计传感器，直至实现步骤2；步骤3：配置深度学习环境，搭建卷积神经网络(CNN)；步骤4：任意抽取数据集中80％的样本作为训练集，供网络学习远场光斑与近场波前的映射关系；从数据集剩下的20％样本中任意抽取一半样本做为验证集，用于调整网络超参数并验证算法有效性，最后剩余的10％样本作为测试集用于进行无偏估计。

第16卷　第10期强激光与粒子束Vol.16,No.10 2004年10月HIGH POWER LASER AND PARTIC LE BE AMS Oct.,2004　文章编号:100124322(2004)1021250205采用阵列波带片波前传感的激光波前重构X陈怀新1,　伍　波1,　隋　展2,　丁　磊2(1.四川大学电子信息学院,四川成都610064;2.中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川绵阳621900) 摘　要:　在高功率激光系统,激光束小尺度相位畸变波前探测是实现激光束中频段波前补偿与控制的重要前提。

采用阵列菲涅耳波带片作为激光束波前传感的子孔径分割器,利用区域重构的S outhwell 模型进行波前重构。

并针对波前传感器子孔径数目、小尺度相位畸变波前的参数对波前重构精度影响进行分析与模拟计算,给出了阵列菲涅耳波带片合理的子孔径数目,为20×20～30×30;对小尺度相位畸变,激光束波前的重构误差小于十分之一波长。

关键词:　高功率激光;　小尺度相位畸变;　阵列菲涅耳波带片;　波前重构 中图分类号:　O438;　T N248 文献标识码:　A 新型的高功率激光系统都采用逐级的多程式放大系统,控制、补偿激光束波前畸变是保证激光的高质量光束传输与功率有效提升的重要环节[1,2]。

在激光束波前质量控制方面,一般对低频段、大尺度波前畸变相位误差的控制可采用夏克2哈特曼(Shack 2Hartmann ,S 2H )波前探测器与变形镜组成的自适应光学系统来实现,对高频段波前畸变相位误差的控制可采用空间滤波的方法进行,而中频段、小尺度波前畸变控制则主要采用被动式地提高种子光质量与提高系统中光学元件的加工精度来控制。

目前,液晶空间光调制器(LCS LM )的分辨率、相位调制范围等指标的提高,为实现中频段小尺度波前畸变的补偿与控制提供了可行性,因此,研究与之相应的波前传感与重构方法十分必要。

点衍射波前位相的测评马冬梅;陈土泉【摘要】提出一种检测点衍射干涉仪关键部件针孔所产生的衍射光学波前的方法.介绍了点衍射波前的产生原理,分析了小孔质量状态、照明光路调整状态与波前各个像差分量之间的关系.基于信息光学基础理论,采用傅里叶变换和迭代算法,采集针孔衍射图像并进行计算分析,实现对衍射波前的位相复原以获得波前信息.阐述了测试方法的理论依据和计算公式,应用研制的位相复原分析计算软件测试并分析了实际采集的点衍射图像,通过15次的迭代,输出的位相值逐渐收敛,图像误差因子下降到0.12.目前,该方法已用于对针孔的筛选和针孔照明系统的装调中,实验结果证明了该测试方法的可行性.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2010(018)011【总页数】8页(P2390-2397)【关键词】点衍射;波相差;傅里叶变换;位相复原;迭代算法【作者】马冬梅;陈土泉【作者单位】中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033;中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033;中国科学院,研究生院,北京,100039【正文语种】中文【中图分类】O436.1;TH744.31 引言点衍射干涉仪在光刻设备研制中主要用于对光刻镜头的光学元件与光学系统的波相差进行高精度测试［1－4］。

传统的干涉仪多使用基准参考球面产生干涉来测试所用的参考波面，因此其精度往往受限于参考球面误差，而点衍射干涉仪是直接使用针孔衍射产生理想的球面波实现波相差高精度测量的。

点衍射干涉仪中的关键部件针孔通过光源照明来产生衍射球面波，并作为测量基准光学波面。

由于要求针孔直径极小（≤1．0μm），因此加工很困难，对其的质量检测也是难点。

针孔的圆度、边缘锐度和厚度等都会影响衍射球面光波的波前位相，同时，点衍射干涉仪中的照明光源也要严格对准针孔才可产生无相差球面波；否则，即使针孔达到加工要求，也将由于照明对准误差引入多种波相差并降低能量。

有 实 用 前 景 的抑 制 大 气 对 激 光 通 信 影 响 的 方 法 。 白适 应 光 学 的 基 本 思 想 是 在 光 学 系 统 中 引 入 一 个 波 前 校 正 器 和 一 个 波 前 误 差 传 感 器 ， 波 前 传 感 器 测 量 出 不 断 变 动 的 波 前 误 差 ， 用 一 套 控 制 系 统 去 控 制 波 前 校 正 器 对 波 用 利
基 于 阈值 式 小 波 变 换 的 波 前 重 构 算 法
韩诚山， 李祥之， 赵庆磊， 黄 良， 姜肖楠， 文 明
（ ｊ 科 学 院 长 存 光学 精 密机 械 与物 理 研 究 所 ，长 春 ｌ ０ ３ ） ｃ国 １ ３ ０ ３
摘
要 ： 针 对 传 统 的 波 前 重构 器 计 算 效 率 低 、 念 误 差 大 的 问 题 ． 出 了 闽 值 式 波 基 多分 辨 力 波 前 重 构 稳 提
Ａ （） １
式中：∈
为 阵列 采样 点表 示 的波前 相位 畸变 矢量 ；
、 ： 为 对 应 采 样 点 处 的波 前 梯 度 矢 量 ； ∈ 、 Ａ∈
为 离散 形式 的偏 导算 子矩 阵 。
波前 重构 主要 的思 想就 是求 解最 小二 乘 条件下 最优 解 问题 。根据 最 小二 乘思 想 ， 式 （ ） 为 将 １变
前 误差 进行 补偿 校正 。其 中波前传 感 器只 能测量 出波前 畸变 的斜 率 ， 以如 何通 过 所 获得 的波 前斜 率 数 据 重 所 构 出波 前相 位畸 变就 成为 自适 应光 学技 术 的关键 问题 之 一 。本 文针对 传统 的波 前重 构算 法计 算量 大 、 以 难 满足 实 时性要 求 的问题 ， 用 阈值式 波基 多分 辨力 波前 重构 算法 ， 重构 矩 阵进行 小 波变换 ， 采用 阈值算 法 ， 采 对 并 增加 重构 矩 阵的稀 疏程 度 ， 有效 地减 少 了计算 量 ， 以较 小 的计 算 量 即可获 得理 想 的重构 波前 。