一种基于编码衍射梯度流的光场复振幅测量方法与系统

本发明涉及光电，具体涉及一种基于编码衍射梯度流的光场复振幅测量方法与系统。

背景技术：

1、由于光学波段的电磁场变化速度远超光电探测器中电子的响应速度，光电探测器只能探测到一段时间内累积的光场强度信息，从而丢失相位信息。然而，相位信息是原始光场复振幅分布中的重要组成部分，在包括光通信、精密测量和天文观测在内的多个领域，光场复振幅测量扮演着关键的角色。

2、一种解决办法是引入一束参考光，例如通信领域会使用一束频率相近的本振光与待测光进行干涉。不过参考光对实际操作的限制较多，在精密测量领域，剪切干涉则因为能提取相位梯度分布成为显微成像的常见工具；自由空间光通信和天文观测领域通常会使用由微透镜阵列构成的哈特曼波前传感器或者四波剪切干涉波前传感器，这种方法先提取待测光的相位梯度分布，再使用算法进行相位重建，光场存在相位奇点时效果不佳。

3、另一种主要办法是基于相位恢复算法的方法，利用已知的随机相位板作为散射片，记录待测光经衍射后的光强分布，对光场复振幅的测量就变成了求解已知系统的逆问题，其系统较参考光干涉方法更为稳定，且测量精度极高，但是其所使用的随机相位板所需的制造精度极高，成本极高，同时存在标定方法复杂和校准困难的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明公开了基于编码衍射梯度流的光场复振幅测量方法与系统。

2、本发明的一种基于编码衍射梯度流的光场复振幅测量方法，其特征在于，由编码光栅和编码衍射梯度流算法两部分构成，其中，编码光栅由纯振幅金属薄层光栅实现；编码衍射梯度流算法用于分析编码衍射复振幅特征提取后的特征光强分布，最终输出光场复振幅测量结果。

3、所述编码光栅，可对待测光场编码预设信息，同时通过分出4个子光束引入四波横向剪切干涉，将待测光场横截面的复振幅信息转换为光强分布信息，其衍射光强分布特征与光场复振幅相关。

4、所述编码衍射梯度流算法，分析输入的编码衍射光强图像后可输出光场复振幅分布，其使用编码衍射模型模拟对比光强图像的均方误差，通过链式法则反推到光场复振幅的梯度流，使用adamw优化器对预测的光场复振幅执行梯度下降，经过迭代后即可输出测得的光场复振幅分布。

5、在完成特征提取后，使用面阵探测器记录衍射光强图像，而后将衍射光强图像传入主机，最后输入本发明提出的编码衍射梯度流算法，计算后即可得到待测光场横截面的复振幅分布。

6、本发明的一种基于编码衍射梯度流的光场复振幅测量系统，其特征在于，由编码光栅、面阵探测器、数据传输部、主机组成：

7、所述编码光栅经由旋转安装座安装在面阵探测器螺纹接口上，实现待测光场的复振幅特征提取；

8、所述面阵探测器用于测量经复振幅特征提取后待测光场的衍射光强分布；

9、所述数据传输部与面阵探测器连接，用于传输记录的衍射光强图像；

10、所述主机，其接收来自数据传输部的衍射光强图像，运行编码衍射梯度流算法输出测得的光场横截面复振幅分布。

11、本发明具有以下有益效果：

12、本发明的一种基于编码衍射梯度流的光场复振幅测量方法，操作方便，测量精度高，鲁棒性强，可以准确计算待测光场的复振幅分布；

13、本发明的一种基于编码衍射梯度流的光场复振幅测量系统，结构简单，成本极低，易于安装，校准简单，通用性极强，可适应多种不同应用场景。

1.一种用于编码预设信息的纯振幅金属薄层光栅，其特征在于，

2.一种根据编码衍射光强图像测量光场复振幅分布的编码衍射梯度流算法，其特征在于，

3.一种基于编码衍射梯度流的光场复振幅测量方法，其特征在于，采用编码光栅将待测光场同时进行编码和四波横向剪切干涉，形成含有待测光场的复振幅分布信息的编码衍射光场，接下来，使用面阵探测器记录衍射光强图像，将图像传入主机，输入本发明的编码衍射梯度流算法，即可得到待测光场横截面的完整复振幅分布。

4.一种基于编码衍射梯度流的光场复振幅测量系统，其特征在于，由编码光栅、面阵探测器、数据传输部、主机组成，其中，