基于双螺旋点扩散函数的波前传感器、探测方法及系统与流程

技术特征：

1.一种基于双螺旋点扩散函数的波前探测方法，其特征在于，包括如下步骤：

通过微透镜阵列对待测波前进行聚焦，获得微透镜阵列上所有孔径的高斯点阵图；

通过双螺旋点扩散函数系统将所述高斯点阵图转换为双螺旋点阵图；

根据所述高斯点阵图和双螺旋点阵图获得混合波前斜率值；

对所述混合波前斜率值进行波前重构，得到待测的波前信息。

2.根据权利要求1所述的基于双螺旋点扩散函数的波前探测方法，其特征在于，所述根据所述高斯点阵图和双螺旋点阵图获得混合波前斜率值的步骤包括：

通过高斯点阵图获得每个孔径对应的像点的二维坐标，计算与基准点的偏移量，得到每个孔径的波前斜率，记录为第一数据；

通过双螺旋点阵图获得每个孔径对应的像点的三维坐标，计算与基准点的偏移量，得到每个孔径的波前斜率，记录为第二数据；

根据预设阈值对第二数据进行筛选，将第二数据中绝对值小于预设阈值的波前斜率替换为第一数据中对应孔径的波前斜率，构成第三数据，得到混合波前斜率值。

3.根据权利要求1所述的基于双螺旋点扩散函数的波前探测方法，其特征在于，所述通过双螺旋点扩散函数系统将所述高斯点阵图转换为双螺旋点阵图的步骤包括：

由第一透镜对经微透镜阵列聚焦的高斯光束进行准直；

创建一光学透过率函数为双螺旋点扩散函数的双螺旋光学模块，并通过所述双螺旋光学模块将所述高斯光束转换为双螺旋旋转光束；

由第二透镜对所述双螺旋旋转光束进行聚焦，经过第二透镜进行傅里叶变换，在其后焦面上得到双螺旋点阵图。

4.根据权利要求3所述的基于双螺旋点扩散函数的波前探测方法，其特征在于，所述创建一光学透过率函数为双螺旋点扩散函数的双螺旋光学模块具体包括：

通过位于拉盖尔-高斯模式平面上特定直线上的拉盖尔-高斯光束模式的线性叠加构成带有旋转和缩放的自成像光束；

将自成像光束的一个横截面中的复合场作为双螺旋光学模块的光学透过率函数，使所述双螺旋光学模块的光学透过率函数为双螺旋点扩散函数。

5.根据权利要求4所述的基于双螺旋点扩散函数的波前探测方法，其特征在于，所述拉盖尔-高斯光束模式为：

$u_{n,m}\left(r\right)=G(\hat{p},\hat{z})R_{n,m}\left(\hat{p}\right){\mathrm{\Φ}}_m\left(\mathrm{\φ}\right)Z_n\left(\hat{z}\right)$

其中，r＝(ρ,φ,z)为空间点的柱坐标，为高斯光斑的径向坐标，ω₀为束腰半径，为纵向坐标，为瑞利长度；

u_n,m(r)的组成为：

$G(\widehat{\mathrm{\ρ}},\hat{z})=\frac{{\mathrm{\ω}}_0}{\mathrm{\ω}\left(\hat{z}\right)}\exp (-{\widehat{\mathrm{\ρ}}}^2)\exp \left(i{\widehat{\mathrm{\ρ}}}^2\hat{z}\right)\exp \[-i\mathrm{\ψ}\left(\hat{z}\right)\],$

$R_{n,m}\left(\widehat{\mathrm{\ρ}}\right)={\left(\sqrt{2}\widehat{\mathrm{\ρ}}\right)}^{\left|m\right|}{L}_{(n-|m\left|\right)/2}^{m|}\left(2{\widehat{\mathrm{\ρ}}}^2\right),$

Φ_m(φ)＝exp(imφ)，

$Z_n\left(\hat{z}\right)=\exp \[-in\mathrm{\ψ}\left(\hat{z}\right)\],$

其中，为古伊相位，为广义的拉盖尔多项式，n，m为整数，且n，m取下列五组数值：(1，1)，(3，5)，(5，9)，(7，13)，(9，17)，获得五种拉盖尔-高斯光束模式；将这五种拉盖尔-高斯光束模式进行等权重叠加，形成所述带有旋转和缩放的自成像光束。

6.根据权利要求3所述的基于双螺旋点扩散函数的波前探测方法，其特征在于，所述双螺旋光学模块为相位板或空间光调制器。

7.一种基于双螺旋点扩散函数的波前传感器，其特征在于，包括沿光路传输方向依次设置的：

微透镜阵列，用于对待测波前进行聚焦，得到高斯光束；

双螺旋点扩散函数系统，用于将所述高斯光束转换为双螺旋旋转光束；

探测器，用于探测所述高斯光束和双螺旋旋转光束，获得高斯点阵图和双螺旋点阵图；

所述基于双螺旋点扩散函数的波前传感器还包括：

波前斜率计算模块，用于根据所述高斯点阵图和双螺旋点阵图获得混合波前斜率值；

波前重构模块，用于对所述混合波前斜率值进行波前重构，得到待测的波前信息。

8.根据权利要求7所述的基于双螺旋点扩散函数的波前传感器，其特征在于，所述双螺旋点扩散函数系统包括沿光路传输方向依次设置的：

第一透镜，用于对经微透镜阵列聚焦的高斯光束进行准直；

光学透过率函数为双螺旋点扩散函数的双螺旋光学模块，用于将所述高斯光束转换为双螺旋旋转光束；

第二透镜，用于对所述双螺旋旋转光束进行聚焦，得到双螺旋点阵图。

9.根据权利要求8所述的基于双螺旋点扩散函数的波前传感器，其特征在于，所述双螺旋光学模块为相位板或空间光调制器。

10.一种基于双螺旋点扩散函数的波前探测系统，其特征在于，包括如权利要求6-9任意一项所述的基于双螺旋点扩散函数的波前传感器，用于探测待测样品的表面信息，所述基于双螺旋点扩散函数的波前探测系统还包括沿光路传输方向依次设置的：

激光器，用于产生激光光源；

第一准直透镜，用于对所述激光光源进行准直，输出准直光源；

第一反射镜，用于对所述准直光源进行反射；

可升降样品台，用于放置待测样品，所述待测样品经反射后的准直光源激发而发出荧光；

第二反射镜，用于对所述荧光进行反射；

投影物镜，用于对经反射后的荧光进行聚焦；

第二准直透镜，用于对经聚焦后的荧光进行准直扩束，投射至微透镜阵列。