相 机900位于傅里叶透镜402的后焦平面上。
[0015] 利用上述装置制作可调控超瑞利散斑场的方法，具体制作步骤为：步骤一、利 用计算机II，采用波长为1的入射光透过漫射体，制作复振幅分布为ERay的瑞利散斑场，
射体所在平面为α β平面，目标所在平面为平面，平面与α β平面间的距离为 ζ0;Ρ ( α，β )为光瞳函数，?；
; 示取矩形函数；Φ ( α，β )表示漫射体的复振幅透过率函数，其取值为在0~2ρ之间随机分 布的相位矩阵；其中，a、b均为正数；j为虚数单位，k为波数； 步骤二、对瑞利散斑场的复振幅分布!加上一个指数因子S，得到超瑞利散斑场， ..JtUjgF ： 超瑞利散斑场的复振幅分布为： ，S取大于1的整
数； 步骤三、对超瑞利散斑场的复振幅分布
进行傅里叶逆变换，并取其 相位矩阵
示取傅里叶逆变换，表示取相位； 步骤四、利用计算机II，将步骤三获得的相位矩阵Φ《\.、ν?输入透射式空间光调制 器；
步骤五、利用计算机I，生成拉盖尔-高斯光束复振幅分布 与闪耀光栅复振幅分布ξ義叠加后的相位图用#(x,y)表示，其中，
为缔合拉盖尔多项式；r、Θ为极坐标；14?为光束束腰半径，单位为毫米;m为角向指数，m
取整数；P为径向指数，P取非负整数;A。为振幅常数； 为虚数单位，k为波数； 步骤六、利用计算机I，将步骤五生成的相位图Λ X、输入到反射式空间光调制器 中； 步骤七、打开连续波激光器，连续波激光器射出的激光束依次经过可调激光衰减器、针 孔滤波器、透镜、起偏器I、分束镜后，照射在反射式空间光调制器上，经过反射式空间光调 制器反射后的光束为拉盖尔-高斯涡旋光束，拉盖尔-高斯涡旋光束依次经过分束镜、检偏 器I、光阑I、起偏器II，照射在透射式空间光调制器上后，产生散斑光束，散斑光束依次经 过检偏器II、光阑II、傅里叶透镜后，进入CCD相机成像，所成超瑞利散斑图像存储进计算 机I，超瑞利散斑图像用Is表示； 步骤八、利用散斑图像对比度定义公式
计算出超瑞利散斑图像 Is的对比度值，其中〈…〉表示取系综平均； 步骤九、在xy二维坐标系中，利用散斑图像Λ的自协方差函数
计算超瑞利散斑 图像Is的散斑平均大小，其中，#、分别表示傅里叶变换及傅里叶逆变换，<_>表 示取系综平均； 步骤十、指数因子5? 2~10范围内取整数值时，利用计算机II，将不同S值对应获得 的相位矩阵、_r_)分别输入透射式空间光调制器，利用步骤七和步骤八，实现超瑞利 散斑场的对比度值V在1~5范围内调节；同时，角向指数m在1~10范围内取整数值时，利用 计算机I，将不同m值对应获得的相位图I输入到反射式空间光调制器中，利用步骤 七和步骤八，实现超瑞利散斑场中的散斑颗粒平均大小在3~30个像素尺寸范围内的调节。
[0016] 本发明中，步骤九的自协方差函数中，jlfell为卑方向的自相关峰值，其半 \x·'· 高宽为某方向的散斑平均尺寸；二?〇. VI为X方向的自相关峰值，其半高宽为X方向的 散斑平均尺寸。
[0017] 本发明制得的超瑞利散斑场中，散斑图的对比度肉指数因子5??正比，散斑的平 均大小与角向指数域X反比；通过改变指数因子舜P角向指数?的数值，获得目标超瑞利散 斑场，从而得到散斑大小、对比度值可调控的超瑞利散斑场； 本实施例中，角向指数?=3、指数因子吳3、5时得到的超瑞利散斑图，如图2、图3所示； 计算可得图2散斑图的对比度值PL 305,散斑平均大小为8. 782 Pixels ;图3散斑图的对 比度值卢2. 876,散斑平均大小为10. 256 Pixels ;其中，Pixels为像素单位。
[0018] 图4、图5分别为指数因子吳2,角向指数?=1、4时得到的超瑞利散斑图，计算可得 图4散斑图的对比度值卢1. 112,散斑平均大小为19. 032 Pixels ;图5散斑图的对比度值 庐L 117,散斑平均大小为7. 564 Pixels。
[0019] 经实验表明：本发明装置和方法能实现散斑大小、对比度可调控的散斑场，并且具 有原理简洁、可在线动态调控，易于操作的优点。能够广泛应用于激光散斑照明显微技术、 散斑对比度值测试技术、涡旋鬼成像及恒星强度干涉等领域。
【主权项】
1. 一种可调控超瑞利散斑场的制作装置，其特征在于：包括一连续波激光器（100)、计 算机I (1001)以及计算机II (1002)，在该连续波激光器（100)的光束前进方向上依次设有 可调激光衰减器（200)、针孔滤波器（300)、透镜（401)、起偏器I(501)以及分束镜（600)，分 束镜（600)另外两个不同的光束前进方向上，其中一个光束前进方向上设有反射式空间光 调制器（701)，另一个光束前进方向上设有检偏器I (502)、光阑I (801)、起偏器II (503)、 透射式空间光调制器（702)、检偏器II (504)、光阑II (802)、傅里叶透镜（402)、CCD相机 (900)； 其中，反射式空间光调制器（701)和C⑶相机（900 )与计算机I(1001)相连，反射式空 间光调制器（701)上的图像由计算机I(1001)写入；经过透射式空间光调制器（702)后产 生的散斑场信息经C⑶相机（900)成像后，存储到计算机I(1001)中；透射式空间光调制 器（702)与计算机II(1002)相连； 所述的透射式空间光调制器（702)位于傅里叶透镜（402)的前焦平面上，所述的C⑶相 机（900)位于傅里叶透镜（402)的后焦平面上。2. 利用权利要求1的装置制作可调控超瑞利散斑场的方法，其特征在于，具体制作步 骤为： 步骤一、利用计算机II，采用波长为1的入射光透过漫射体，制作复振幅分布为ERay的 瑞利散斑场，示取傅里叶逆变换，表示取相位； 步骤四、利用计算机II，将步骤三获得的相位矩阵输入透射式空间光调制 器；为虚数单位，k为波数； 步骤六、利用计算机I，将步骤五生成的相位图#丨'1y)输入到反射式空间光调制器 中； 步骤七、打开连续波激光器，连续波激光器射出的激光束依次经过可调激光衰减器、针 孔滤波器、透镜、起偏器I、分束镜后，照射在反射式空间光调制器上，经过反射式空间光调 制器反射后的光束为拉盖尔-高斯涡旋光束，拉盖尔-高斯涡旋光束依次经过分束镜、检偏 器I、光阑I、起偏器II，照射在透射式空间光调制器上后，产生散斑光束，散斑光束依次经 过检偏器II、光阑II、傅里叶透镜后，进入CCD相机成像，所成超瑞利散斑图像存储进计算 机I，超瑞利散斑图像用Is表示；示取系综平均； 步骤十、指数因子5? 2~10范围内取整数值时，利用计算机II，将不同S值对应获得 的相位矩阵分别输入透射式空间光调制器，利用步骤七和步骤八，实现超瑞利 散斑场的对比度值V在1~5范围内调节； 同时，角向指数m在1~10范围内取整数值时，利用计算机I，将不同m值对应获得的相 位图输入到反射式空间光调制器中，利用步骤七和步骤八，实现超瑞利散斑场中 的散斑颗粒平均大小在3~30个像素尺寸范围内的调节。
【专利摘要】一种可调控超瑞利散斑场的制作装置及其制作方法，包括一连续波激光器、计算机I及计算机II，在连续波激光器光束前进方向上依次设有可调激光衰减器、针孔滤波器、透镜、起偏器I以及分束镜，分束镜另外两个不同的光束前进方向上，其中一个光束前进方向上设有反射式空间光调制器，另一个光束前进方向上设有检偏器I、光阑I、起偏器II、透射式空间光调制器、检偏器II、光阑II、傅里叶透镜、CCD相机；其中，反射式空间光调制器和CCD相机与计算机I相连；透射式空间光调制器与计算机II相连。本发明通过改变指数因子<i>S</i>和角向指数<i>m</i>的数值，获得目标超瑞利散斑场，从而得到散斑大小、对比度值可调控的超瑞利散斑场。
【IPC分类】G01J3/12
【公开号】CN105043543
【申请号】CN201510536791
【发明人】李新忠, 台玉萍, 李贺贺, 王静鸽, 甄志强, 田晓敏, 周洋
【申请人】河南科技大学
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年8月27日