一种基于空间部分相干光的衍射光学元件的设计方法技术

本发明专利技术提供一种衍射光学元件的设计方法和装置，其中，所述方法包括：S1，叠加待衍射图像在预设距离处的图像光场复振幅和部分相干光源的部分相干光场，获取干涉复振幅；S2，将所述部分相干光场的光强度代入所述干涉复振幅的相位中，获取衍射复振幅；S3，将所述衍射复振幅的相位作为透射率设计所述衍射光学元件。本发明专利技术提供的一种衍射光学元件的设计方法和装置，将部分相干光相干部分可编码和调制、非相干部分可平均散斑的特点应用于衍射光学元件设计领域，在实现波前调制的同时减弱光场振幅随机相涨相消的现象，抑制了散斑，增强了图像质量。

【技术实现步骤摘要】
一种衍射光学元件的设计方法和装置
本专利技术涉及衍射光学
，尤其涉及一种衍射光学元件的设计方法和装置。
技术介绍
衍射光学元件是一种新型的具有重要应用前景的光学元件，其设计基于光学衍射理论，并通过计算机设计相息图，采用微电子加工技术制作，最终使其能够同时实现几种光学功能。传统衍射光学元件的设计方法都是以相干光为前提，在光学调制过程中，会出现随机相长相消的情况，进而导致在调制结果中出现散斑，影响成像质量。针对这个问题，通常可以采取迭代算法、时间复用、相干记录非相干再现、以及像素分离法等来平均复振幅随机的相干叠加，在保证调制结果准确的同时减弱散斑，对成像质量的改善起到了一定推动作用。但是上述方法中，针对相干光设计衍射光学元件、仅在调制过程中降低相干性消除散斑的方法并不是理想的解决方案，往往设计与实际使用中存在偏差。所以考虑光源相干性的设计方法对衍射光学元件的实际使用是很必要的。
技术实现思路
本专利技术为解决现有技术中存在的相干光随机长消影响成像质量的问题，提供了一种衍射光学元件的设计方法和装置。一方面，本专利技术提出一种衍射光学元件的设计方法，包括：S1，叠加待衍射图像在预设距离处的图像光场复振幅和部分相干光源的部分相干光场，获取干涉复振幅；S2，将所述部分相干光场的光强度代入所述干涉复振幅的相位中，获取衍射复振幅；S3，将所述衍射复振幅的相位作为透射率设计所述衍射光学元件。优选地，还包括：S0，应用点源法计算待衍射图像预设距离处的图像光场复振幅；对部分相干光源进行傅里叶变换，获取部分相干光场。优选地，所述步骤S0前还包括：在待衍射图像中加入随机相位。优选地，所述点源法计算中应用的参考光为相干光。优选地，所述部分相干光源为高斯光源。另一方面，本专利技术提出一种衍射光学元件的设计装置，包括：干涉复振幅获取单元，用于叠加待衍射图像在预设距离处的图像光场复振幅和部分相干光源的部分相干光场，获取干涉复振幅；衍射复振幅获取单元，用于将所述部分相干光场的光强度代入所述干涉复振幅的相位中，获取衍射复振幅；实现单元，用于将所述衍射复振幅的相位作为透射率设计所述衍射光学元件；所述衍射复振幅获取单元分别与所述干涉复振幅获取单元和实现单元电连接。优选地，还包括图像复振幅获取单元和部分相关光场获取单元，所述图像复振幅获取单元和部分相关光场获取单元分别与所述干涉复振幅获取单元电连接；所述图像复振幅获取单元用于应用点源法计算待衍射图像预设距离处的图像光场复振幅；所述部分相关光场获取单元用于对部分相干光源进行傅里叶变换，获取部分相干光场。优选地，还包括图像预处理单元，所述图像预处理单元与所述图像复振幅获取单元电连接；用于在待衍射图像中加入随机相位。再一方面，本专利技术提出一种衍射光学元件的设计设备，包括：至少一个处理器；以及与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如前所述的方法。又一方面，本专利技术提出一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如前所述的方法。本专利技术提供的一种衍射光学元件的设计方法和装置，将部分相干光相干部分可编码和调制、非相干部分可平均散斑的特点应用于衍射光学元件设计领域，在实现波前调制的同时减弱光场振幅随机相涨相消的现象，抑制了散斑，增强了图像质量。附图说明图1为本专利技术具体实施例的一种衍射光学元件的设计方法的流程示意图；图2为本专利技术具体实施例的一种衍射光学元件的设计方法的流程示意图；图3为本专利技术具体实施例的一种衍射光学元件的设计装置的结构示意图；图4为本专利技术具体实施例的一种衍射光学元件的设计设备的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。图1为本专利技术具体实施例的一种衍射光学元件的设计方法的流程示意图，如图1所示，一种衍射光学元件的设计方法，包括：S1，叠加待衍射图像在预设距离处的图像光场复振幅和部分相干光源的部分相干光场，获取干涉复振幅；S2，将所述部分相干光场的光强度代入所述干涉复振幅的相位中，获取衍射复振幅；S3，将所述衍射复振幅的相位作为透射率设计所述衍射光学元件。具体地，首先，对待衍射图像在预设距离d处的图像光场复振幅HC(x,y)和部分相干光源产生的部分相干光场EP(x,y)进行复振幅叠加，即将图像光场复振幅HC(x,y)与部分相干光场EP(x,y)相乘，获取干涉复振幅Hi(x,y)。其中，所述部分相干光源发出部分相干光，所述部分相干光可以消除相干光的一些有害效应，如成环、散斑、边缘效应和焦移。其次，将所述部分相干光场EP(x,y)的光强代入上一步骤中通过叠加获取的干涉复振幅Hi(x,y)的相位中进行光学漂白，获取衍射复振幅H(x,y)，所述衍射复振幅H(x,y)为所述衍射光学元件的复振幅分布。其中，所述光学漂白是在相位型全息图的制作过程中，将曝光的光强分布线性地转变为全息图的相位分布。最后，将所述衍射复振幅H(x,y)的相位部分Φ(x,y)作为所述衍射光学元件的透射率分布。所述衍射光学元件能够在相干度与所述部分相干光源相同的光源作为再现光的条件下，在所述预设距离处观察重建图像Ir(x,y)。本专利技术具体实施例中，将部分相干光相干部分可编码和调制、非相干部分可平均散斑的特点应用于衍射光学元件设计领域，在实现波前调制的同时减弱光场振幅随机相涨相消的现象，抑制了散斑，增强了图像质量。基于上述实施例，一种衍射光学元件的设计方法，还包括：S0，应用点源法计算待衍射图像预设距离处的图像光场复振幅；对部分相干光源进行傅里叶变换，获取部分相干光场。具体地，根据已知的待衍射图像和预设距离，应用点源法计算所述待衍射图像的复振幅光场在预设距离处的光场复振幅HC(x,y)；对所述部分相干光源应用傅里叶变换部分，对应获取部分相干光场EP(x,y)。其中，所述傅里叶变换(FourierTransform，FT)在相干成像系统中，把光学信息处理为频谱信息，在非相干成像系统中，把像质问题理解为频谱信息的变化，并以此剖析光的传播、衍射和成像等基本光学问题。本专利技术具体实施例中，所述傅里叶变换用于将所述部分相干光源输入的光场转换为其在频域空间对应的输出光场EP(x,y)。本专利技术具体实施例中，通过点源法和傅里叶变换分别获取了图像光场复振幅和部分相干光场，为所述衍射元件参数的设计提供了计算基础。基于上述任一实施例，一种衍射光学元件的设计方法，所述步骤S0前还包括：在待衍射图像中加入随机相位。具体地，首先，读入待衍射图像I0(x,y)，并在待衍射图像I0(x,y)中加入随机相位分布，获取图像复振幅本专利技术具体实施例中，通过在图像复振幅初始化流程中加入随机相位，便于图像表面形成漫反射，实现从不同的角度观察图像的目的。基于上述任一具体实施例，一种衍射光学元件的设计方法，所述点源法计算中应用的参考光为相干光。本专利技术具体实施例中，所述相干光优选为平面波。基于上述任一具体实施例，一种衍射光学元件的设计方法，所述部分相干光源为高斯光源。具体地，所述高斯光源发出高斯光束，所述高斯光束指在包含传播方向的平面内的光场分布呈高斯函数曲线形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种衍射光学元件的设计方法，其特征在于，包括：S1，叠加待衍射图像在预设距离处的图像光场复振幅和部分相干光源的部分相干光场，获取干涉复振幅；S2，将所述部分相干光场的光强度代入所述干涉复振幅的相位中，获取衍射复振幅；S3，将所述衍射复振幅的相位作为透射率设计所述衍射光学元件。

【技术特征摘要】
1.一种衍射光学元件的设计方法，其特征在于，包括：S1，叠加待衍射图像在预设距离处的图像光场复振幅和部分相干光源的部分相干光场，获取干涉复振幅；S2，将所述部分相干光场的光强度代入所述干涉复振幅的相位中，获取衍射复振幅；S3，将所述衍射复振幅的相位作为透射率设计所述衍射光学元件。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：S0，应用点源法计算待衍射图像预设距离处的图像光场复振幅；对部分相干光源进行傅里叶变换，获取部分相干光场。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S0前还包括：在待衍射图像中加入随机相位。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述点源法计算中应用的参考光为相干光。5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述部分相干光源为高斯光源。6.一种衍射光学元件的设计装置，其特征在于，包括：干涉复振幅获取单元，用于叠加待衍射图像在预设距离处的图像光场复振幅和部分相干光源的部分相干光场，获取干涉复振幅；衍射复振幅获取单元，用于将所述部分相干光场的光强度代入所述干涉复振幅的相位中，获取衍射复振幅；实现单元，用于将...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘娟，段俊毅，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11