Author Affiliations
Abstract
1 Department of Physics, Clarendon Laboratory, University of Oxford, Oxford, UK
2 Centre for Advanced Laser Applications, Ludwig-Maximilians-Universität München, Garching, Germany
3 John Adams Institute for Accelerator Science, Oxford, UK
Presented is a novel way to combine snapshot compressive imaging and lateral shearing interferometry in order to capture the spatio-spectral phase of an ultrashort laser pulse in a single shot. A deep unrolling algorithm is utilized for snapshot compressive imaging reconstruction due to its parameter efficiency and superior speed relative to other methods, potentially allowing for online reconstruction. The algorithm’s regularization term is represented using a neural network with 3D convolutional layers to exploit the spatio-spectral correlations that exist in laser wavefronts. Compressed sensing is not typically applied to modulated signals, but we demonstrate its success here. Furthermore, we train a neural network to predict the wavefronts from a lateral shearing interferogram in terms of Zernike polynomials, which again increases the speed of our technique without sacrificing fidelity. This method is supported with simulation-based results. While applied to the example of lateral shearing interferometry, the methods presented here are generally applicable to a wide range of signals, including Shack–Hartmann-type sensors. The results may be of interest beyond the context of laser wavefront characterization, including within quantitative phase imaging.
artificial neural networks compressed sensing high-power laser characterization wavefront measurement High Power Laser Science and Engineering
2023, 11(3): 03000e32
Author Affiliations
Abstract
1 School of Sciences, Southwest Petroleum University, Nanchong 637001, China
2 Institute of Optoelectronic Technology, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, China
3 School of Electronics and Information Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, China
Usually, a multilens optical system is composed of multiple undetectable sublenses. Wavefront of a multilens optical system cannot be measured when classical transmitted phase measuring deflectometry (PMD) is used. In this study, a wavefront measuring method for an optical system with multiple optics is presented based on PMD. A paraxial plane is used to represent the test multilens optical system. We introduce the calibration strategy and mathematical deduction of gradient equations. Systematic errors are suppressed with an N-rotation test. Simulations have been performed to demonstrate our method. The results showing the use of our method in multilens optical systems, such as the collimator and single-lens reflex camera lenses show that the measurement accuracy is comparable with those of interferometric tests.
phase measuring deflectometry wavefront measurement systematic errors calibration Chinese Optics Letters
2023, 21(4): 041201
1 四川大学电子信息学院,四川 成都 610065
2 四川大学空天科学与工程学院,四川 成都 610065
提出了一种测量成像透镜轴外点波像差的方法。基于逆哈特曼原理建立了逆光线追迹模型,通过标定的系统参数,测量了透镜轴外视场点的波像差。通过模拟和实验,对该方法进行了验证,并对实验误差进行了分析。实验测量了有效孔径为60 mm的平凸透镜在不同视场下的波像差,将实验结果和模拟结果进行了对比分析,并且分析了轴外点初级像散和初级彗差随视场和入瞳孔径的变化规律。该方法具有测量动态范围大、测量系统结构简单、实验设备成本低廉、测量环境易实现等优点,并且无需复杂的相机标定过程,为透镜的轴外点波像差测量提供了一个可行方案。
测量 透射波前检测 相位测量偏折术 波像差 轴外点 中国激光
2022, 49(21): 2104003
1 山东大学 信息科学与工程学院,山东 青岛 366237
2 中国科学院光电技术研究所,四川 成都 610206
随着波前测量技术的发展,具有多光谱通道的大口径波前测量系统成为波前测量领域的研究热点。设计了一种大口径多光谱通道波前测量系统,主要由前置RC缩束系统、调光组件、分光组件和波前传感器等组成,有效口径为450 mm,工作波段为0.5~0.8 μm、0.9~1.7 μm和3~5 μm。给出了光学系统的设计参数,描述了系统中光学元件的参数选择,运用Zemax软件完成了光学系统的建模和仿真。进行了机械系统的方案设计,并完成了系统的光机热集成分析。测试了大口径多光谱通道波前测量系统的各项参数,结果表明该波前测量系统的有效口径大于450 mm,在?10~50 ℃工作环境下,对可见光、近红外、中红外波段的波前均可实现高精度实时稳定测量,系统的波前测量稳定性优于0.05λ(RMS,λ=532 nm)。
光学设计 波前测量系统 有效口径 稳定性 optical design wavefront measurement system effective aperture stability 红外与激光工程
2020, 49(8): 20190559
1 中国科学院自适应光学重点实验室, 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所, 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京 100049
4 重庆连芯光电技术研究院有限公司, 重庆 400021
受气动光学效应的影响, 来自目标的光波波前会产生动态扰动, 导致成像模糊化。常用的校正方法是在测得波前的前提下进行解卷积处理, 达到还原图像的效果。传统的波前传感器只能有效测量中心视场, 由于存在非等晕问题, 导致所能还原的图像区域过小。光场相机波前传感器作为一种新型波前传感器, 具有视场大、动态范围大的优点, 可以同时探测模糊图像不同区域的点扩散函数, 从而一次性还原整幅图像。文章利用Matlab模拟了光场相机的大视场波前探测特性, 对气动光学效应引起的模糊图像进行清晰化处理, 并与夏克-哈特曼传感器的模拟结果进行了比较。结果表明, 光场相机波前传感器可以对气动光学效应造成的波前扰动进行有效的大视场波前探测, 一次探测能够清晰化整个视场的图像, 且视场范围是传统波前传感器的数倍以上。
图像模糊 解卷积 波前测量 光场相机 图像清晰化 气动光学效应 image blur deconvolution wavefront measurement light field camera image sharpening aero-optical effect
中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
为实现大口径光学元件波前功率谱密度(PSD)的高精度、低成本检测,提出了一种将干涉与拼接技术结合的检测方法。推导了波前PSD的计算方法,提出了基于相关匹配的子孔径拼接算法,分析了拼接干涉检测的误差来源。对拼接检测算法进行了仿真验证,结果表明,拼接检测的波前畸变峰谷值(dpv)与PSD的均方根值(PRMS)的相对偏差分别为1.2%和0.1%。采用口径为620 mm×450 mm光学元件开展了5次拼接检测实验,比较了拼接检测与全口径直接检测结果,两者分布一致, dpv偏差不大于0.012λ(λ=632.8 nm),PRMS偏差不大于0.03 nm,表明该算法稳定可靠,可实现大口径光学元件波前PSD的拼接检测。
测量 子孔径拼接 相关匹配 功率谱密度 波前测量
中国工程物理研究院机械制造工艺研究所, 四川 绵阳621999
针对正弦移相干涉(SinPSI)中位相调制无法精确控制的问题, 提出了一种从时域频谱提取波面信息的任意正弦调制SinPSI方法(ASM-SinPSI)。首先,根据SinPSI信号频谱的第一、三个谱峰强度关系确定调制幅度, 并采用空间随机点的方法避免了分母零值的问题, 然后从SinPSI信号的前三个谱峰中获得波面位相的正切数值与符号信息, 最后以反正切计算波面位相。数值仿真表明: 在未知调制信息情况下, ASM-SinPSI的波面位相提取误差为0.016 rad。在调制幅度为1.6、2、2.5、3 rad时的测量实验中, ASM-SinPSI均可精确提取波面位相, 与真实波面偏差的最大值为0.058 7 rad。在1.5~3.5 rad区间内的任意调制幅度下, ASM-SinPSI无需精确预知调制信息即可高精度提取波面位相, 放宽了对移相器的严苛要求。
波面测量 正弦移相干涉 位相调制 wavefront measurement sinusoidal phase-shifting interferometry phase modulation 红外与激光工程
2019, 48(3): 0317002
浙江大学 光电科学与工程学院 现代光学仪器国家重点实验室,浙江 杭州 310027
本文介绍了点衍射干涉仪不同发展阶段的特点和应用。点衍射干涉仪由波长量级的针孔产生高质量的球面波作为参考波前,能够得到衍射极限性能的分辨率。按照不同的光路特点,点衍射干涉仪可分为点衍射共路干涉和点衍射非共路干涉两种结构,主要应用于高精度波前检测和面形检测。共路干涉结构简单紧凑,对环境振动不敏感,对光源相干度要求不高,可利用光束偏振态及光栅衍射分束的特性对传统点衍射板进行改造,在全共路点衍射干涉仪中引入时间相位调制技术和干涉对比度可调技术,可进一步提高波前检测精度。采用反射式针孔和各种光纤结构发展了非共路点衍射干涉仪,实现了大口径、高精度球面反射镜面形的测量。本文重点阐述了用于极紫外光刻投影物镜中高精度球面反射镜面形检测的反射式针孔点衍射干涉仪,并展望了点衍射检测技术在生物检测等领域的应用前景和发展趋势。
点衍射 光纤点衍射 针孔点衍射 波前测量 生物检测 point diffraction fiber point diffraction pinhole point diffraction wavefront measurement biological detection