本發(fā)明涉及自適應(yīng)光學技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及基于雙螺旋點擴散函數(shù)的波前傳感器、探測方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在光學元件和半導體制造以及天文、航空等領(lǐng)域，波前檢測和測量起到重要的作用，其中以夏克-哈特曼波前傳感器為代表的新型探測技術(shù)，廣泛應(yīng)用于光學元件，金屬表面探測以及光束波前畸變和相差的測量等方面；目前的測量技術(shù)主要分為兩類，一類是對波面面形直接測量，另一類為波前斜率測量；它們的代表分別為干涉儀和夏克-哈特曼波前傳感器。由于干涉儀需要經(jīng)過嚴格的精確校準，配套設(shè)施嚴格，受到環(huán)境因素影響巨大，因而，波前斜率測量方法受到更廣泛的應(yīng)用，其中最常用的為夏克-哈特曼波前檢測法。

夏克-哈特曼波前傳感器一般由微透鏡陣列和CCD相機組成，通過CCD記錄微透鏡后焦面上像點的光斑信息，來計算光斑質(zhì)心的偏移，重構(gòu)波前信息。由于CCD的探測面在微透鏡的后焦平面上，故探測光經(jīng)過樣品后，需要對波前進行準直為理想平面波，使得波前經(jīng)過微透鏡陣列后，像點全部在后焦平面上，這樣計算出的光斑質(zhì)心偏移的誤差最小。但是，當樣品發(fā)生軸向位移的時候，入射波前經(jīng)微透鏡后像點將不在后焦平面上，產(chǎn)生一定的離焦，探測面上的光斑會隨著離焦的距離增大而變大[圖2中的(b)]，這樣，計算質(zhì)心偏移的誤差將會隨之增大，直接影響到波前重構(gòu)的精度。

因而現(xiàn)有技術(shù)還有待改進和提高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種基于雙螺旋點擴散函數(shù)的波前傳感器、探測方法及系統(tǒng)，能抑制波前離焦誤差對于重構(gòu)精度的影響，在目標物體產(chǎn)生軸向位移的時候，依然能夠得到高的探測精度，在保證探測精度的前提下大大提高了傳感器軸向的探測范圍。

為了達到上述目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案：

一種基于雙螺旋點擴散函數(shù)的波前探測方法，其包括如下步驟：

通過微透鏡陣列對待測波前進行聚焦，獲得微透鏡陣列上所有孔徑的高斯點陣圖；

通過雙螺旋點擴散函數(shù)系統(tǒng)將所述高斯點陣圖轉(zhuǎn)換為雙螺旋點陣圖；

根據(jù)所述高斯點陣圖和雙螺旋點陣圖獲得混合波前斜率值；

對所述混合波前斜率值進行波前重構(gòu)，得到待測的波前信息。

所述的基于雙螺旋點擴散函數(shù)的波前探測方法中，所述根據(jù)所述高斯點陣圖和雙螺旋點陣圖獲得混合波前斜率值的步驟包括：

通過高斯點陣圖獲得每個孔徑對應(yīng)的像點的二維坐標，計算與基準點的偏移量，得到每個孔徑的波前斜率，記錄為第一數(shù)據(jù)；

通過雙螺旋點陣圖獲得每個孔徑對應(yīng)的像點的三維坐標，計算與基準點的偏移量，得到每個孔徑的波前斜率，記錄為第二數(shù)據(jù)；

根據(jù)預設(shè)閾值對第二數(shù)據(jù)進行篩選，將第二數(shù)據(jù)中絕對值小于預設(shè)閾值的波前斜率替換為第一數(shù)據(jù)中對應(yīng)孔徑的波前斜率，構(gòu)成第三數(shù)據(jù)，得到混合波前斜率值。

所述的基于雙螺旋點擴散函數(shù)的波前探測方法中，所述通過雙螺旋點擴散函數(shù)系統(tǒng)將所述高斯點陣圖轉(zhuǎn)換為雙螺旋點陣圖的步驟包括：

由第一透鏡對經(jīng)微透鏡陣列聚焦的高斯光束進行準直；

創(chuàng)建一光學透過率函數(shù)為雙螺旋點擴散函數(shù)的雙螺旋光學模塊，并通過所述雙螺旋光學模塊將所述高斯光束轉(zhuǎn)換為雙螺旋旋轉(zhuǎn)光束；

由第二透鏡對所述雙螺旋旋轉(zhuǎn)光束進行聚焦，經(jīng)過第二透鏡進行傅里葉變換，在其后焦面上得到雙螺旋點陣圖。

所述的基于雙螺旋點擴散函數(shù)的波前探測方法中，所述創(chuàng)建一光學透過率函數(shù)為雙螺旋點擴散函數(shù)的雙螺旋光學模塊具體包括：

通過位于拉蓋爾-高斯模式平面上特定直線上的拉蓋爾-高斯光束模式的線性疊加構(gòu)成帶有旋轉(zhuǎn)和縮放的自成像光束；

將自成像光束的一個橫截面中的復合場作為雙螺旋光學模塊的光學透過率函數(shù)，使所述雙螺旋光學模塊的光學透過率函數(shù)為雙螺旋點擴散函數(shù)。

所述的基于雙螺旋點擴散函數(shù)的波前探測方法中，所述拉蓋爾-高斯光束模式為：

其中，r＝(ρ,φ,z)為空間點的柱坐標，為高斯光斑的徑向坐標，ω₀為束腰半徑，為縱向坐標，為瑞利長度；

u_n,m(r)的組成為：

Φ_m(φ)＝exp(imφ)，

其中，為古伊相位，為廣義的拉蓋爾多項式，n，m為整數(shù)，且n，m取下列五組數(shù)值：(1，1)，(3，5)，(5，9)，(7，13)，(9，17)，獲得五種拉蓋爾-高斯光束模式；將這五種拉蓋爾-高斯光束模式進行等權(quán)重疊加，形成所述帶有旋轉(zhuǎn)和縮放的自成像光束。

所述的基于雙螺旋點擴散函數(shù)的波前探測方法中，所述雙螺旋光學模塊為相位板或空間光調(diào)制器。

一種基于雙螺旋點擴散函數(shù)的波前傳感器，其包括沿光路傳輸方向依次設(shè)置的：

微透鏡陣列，用于對待測波前進行聚焦，得到高斯光束；

雙螺旋點擴散函數(shù)系統(tǒng)，用于將所述高斯光束轉(zhuǎn)換為雙螺旋旋轉(zhuǎn)光束；

探測器，用于探測所述高斯光束和雙螺旋旋轉(zhuǎn)光束，獲得高斯點陣圖和雙螺旋點陣圖；

所述基于雙螺旋點擴散函數(shù)的波前傳感器還包括：

波前斜率計算模塊，用于根據(jù)所述高斯點陣圖和雙螺旋點陣圖獲得混合波前斜率值；

波前重構(gòu)模塊，用于對所述混合波前斜率值進行波前重構(gòu)，得到待測的波前信息。

所述的基于雙螺旋點擴散函數(shù)的波前傳感器中，所述雙螺旋點擴散函數(shù)系統(tǒng)包括沿光路傳輸方向依次設(shè)置的：

第一透鏡，用于對經(jīng)微透鏡陣列聚焦的高斯光束進行準直；

光學透過率函數(shù)為雙螺旋點擴散函數(shù)的雙螺旋光學模塊，用于將所述高斯光束轉(zhuǎn)換為雙螺旋旋轉(zhuǎn)光束；

第二透鏡，用于對所述雙螺旋旋轉(zhuǎn)光束進行聚焦，得到雙螺旋點陣圖。

所述的基于雙螺旋點擴散函數(shù)的波前傳感器中，所述雙螺旋光學模塊為相位板或空間光調(diào)制器。

一種基于雙螺旋點擴散函數(shù)的波前探測系統(tǒng)，其包括如上所述的基于雙螺旋點擴散函數(shù)的波前傳感器，用于探測待測樣品的表面信息，所述基于雙螺旋點擴散函數(shù)的波前探測系統(tǒng)還包括沿光路傳輸方向依次設(shè)置的：

激光器，用于產(chǎn)生激光光源；

第一準直透鏡，用于對所述激光光源進行準直，輸出準直光源；

第一反射鏡，用于對所述準直光源進行反射；

可升降樣品臺，用于放置待測樣品，所述待測樣品經(jīng)反射后的準直光源激發(fā)而發(fā)出熒光；

第二反射鏡，用于對所述熒光進行反射；

投影物鏡，用于對經(jīng)反射后的熒光進行聚焦；

第二準直透鏡，用于對經(jīng)聚焦后的熒光進行準直擴束，投射至微透鏡陣列。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的基于雙螺旋點擴散函數(shù)的波前傳感器、探測方法及系統(tǒng)中，所述基于雙螺旋點擴散函數(shù)的波前探測方法通過微透鏡陣列對待測波前進行聚焦，獲得微透鏡陣列上所有孔徑的高斯點陣圖；通過雙螺旋點擴散函數(shù)系統(tǒng)將所述高斯點陣圖轉(zhuǎn)換為雙螺旋點陣圖；根據(jù)所述高斯點陣圖和雙螺旋點陣圖獲得混合波前斜率值；對所述混合波前斜率值進行波前重構(gòu)，得到待測的波前信息，通過將探測到的高斯光斑轉(zhuǎn)換為雙螺旋的形式可以獲得探測波前經(jīng)微透鏡陣列后的像點三維空間坐標精確信息，能抑制波前離焦誤差對于重構(gòu)精度的影響，在目標物體產(chǎn)生軸向位移的時候，依然能夠得到高的探測精度，在保證探測精度的前提下大大提高了傳感器軸向的探測范圍。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的基于雙螺旋點擴散函數(shù)的波前探測方法的流程圖。

圖2為不同深度的雙螺旋點擴散函數(shù)和標準點擴散函數(shù)成像的對比圖。

圖3為雙螺旋點擴散函數(shù)成像的強度分布圖。

圖4為雙螺旋點擴散函數(shù)的相位分布圖。

圖5為雙螺旋點擴散函數(shù)在不同軸向位置處的成像圖形。

圖6為雙螺旋圖像兩個旁瓣中心連線的旋轉(zhuǎn)角度與Z軸位置的關(guān)系曲線圖。

圖7為本發(fā)明提供的基于雙螺旋點擴散函數(shù)的波前探測方法的成像原理圖。

圖8a為本發(fā)明提供的基于雙螺旋點擴散函數(shù)的波前探測方法中獲得的高斯點陣圖。

圖8b為本發(fā)明提供的基于雙螺旋點擴散函數(shù)的波前探測方法中獲得的雙螺旋點陣圖。

圖9a為本發(fā)明較佳實施例中待測的波前圖。

圖9b為本發(fā)明較佳實施例中經(jīng)基于雙螺旋點擴散函數(shù)的波前探測方法對待分析的波前進行恢復得到的波前圖。

圖9c為本發(fā)明較佳實施例中待測波前與恢復波前的波前之差。

圖9d為本發(fā)明較佳實施例中在不同軸向位置處，傳統(tǒng)探測方法與基于雙螺旋點擴散函數(shù)的波前探測方法所恢復的波前與待測波前的均方根誤差曲線圖。

圖10為本發(fā)明提供的基于雙螺旋點擴散函數(shù)的波前傳感器第一優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖11為本發(fā)明提供的基于雙螺旋點擴散函數(shù)的波前傳感器第二優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖12為本發(fā)明提供的基于雙螺旋點擴散函數(shù)的波前探測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

鑒于現(xiàn)有技術(shù)中樣品發(fā)生的軸向移位將大大影響波前重構(gòu)的精度等缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種基于雙螺旋點擴散函數(shù)的波前傳感器、探測方法及系統(tǒng)，能抑制波前離焦誤差對于重構(gòu)精度的影響，在目標物體產(chǎn)生軸向位移的時候，依然能夠得到高的探測精度，在保證探測精度的前提下大大提高了傳感器軸向的探測范圍。

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對本發(fā)明進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

請參閱圖1，本發(fā)明提供的基于雙螺旋點擴散函數(shù)的波前探測方法包括如下步驟：

S100、通過微透鏡陣列對待測波前進行聚焦，獲得微透鏡陣列上所有孔徑的高斯點陣圖；

S200、通過雙螺旋點擴散函數(shù)系統(tǒng)將所述高斯點陣圖轉(zhuǎn)換為雙螺旋點陣圖；

S300、根據(jù)所述高斯點陣圖和雙螺旋點陣圖獲得混合波前斜率值；

S400、對所述混合波前斜率值進行波前重構(gòu)，得到待測的波前信息。

本發(fā)明在傳統(tǒng)夏克-哈特曼波前探測方法的基礎(chǔ)上，不僅可以得到每個孔徑對應(yīng)像點的二維坐標，還通過雙螺旋點擴散函數(shù)系統(tǒng)將高斯點陣圖轉(zhuǎn)換為雙螺旋點陣圖，可以獲得待測波前經(jīng)微透鏡陣列后的像點三維空間坐標精確信息，當待測物體產(chǎn)生軸向位移的時候，依然能夠得到高的探測精度，根據(jù)像點的二維坐標和三維空間坐標精確信息得到孔徑混合波前斜率，在此基礎(chǔ)上，對所述混合波前斜率值進行波前重構(gòu)，即可重建獲得被測光波前，在保證探測精度的前提下大大提高了傳感器軸向的探測范圍。

具體地，所述步驟S200包括：

S201、由第一透鏡對經(jīng)微透鏡陣列聚焦的高斯光束進行準直；

S202、創(chuàng)建一光學透過率函數(shù)為雙螺旋點擴散函數(shù)的雙螺旋光學模塊，并通過所述雙螺旋光學模塊將所述高斯光束轉(zhuǎn)換為雙螺旋旋轉(zhuǎn)光束；

S203、由第二透鏡對所述雙螺旋旋轉(zhuǎn)光束進行聚焦，即經(jīng)過第二透鏡進行傅立葉變換，在其后焦面上得到雙螺旋點陣圖。

通過雙螺旋點擴散函數(shù)(DH-PSF)實現(xiàn)三維納米定位是基于一種被稱為自成像的現(xiàn)象。DH-PSF是一種三維光學響應(yīng)，具有隨離焦量不斷旋轉(zhuǎn)的圓形不對稱橫截面輪廓，如圖2所示。雙螺旋點擴散函數(shù)主要通過位于拉蓋爾-高斯(Laguerre-Gauss，簡記為LG)模式平面上特定直線上的LG光束模式的線性疊加構(gòu)成帶有旋轉(zhuǎn)和縮放的自成像光束，然后將自成像光束的一個橫截面中的復合場作為雙螺旋光學模塊的光學透過率函數(shù)，使所述雙螺旋光學模塊的光學透過率函數(shù)為雙螺旋點擴散函數(shù)，那么，整個雙螺旋點擴散函數(shù)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)即為雙螺旋點擴散函數(shù)。該拉蓋爾-高斯光束模式為：

其中，r＝(ρ,φ,z)為空間點的柱坐標，為高斯光斑的徑向坐標，ω₀為束腰半徑，為縱向坐標，為瑞利長度，

u_n,m(r)的組成為：

Φ_m(φ)＝exp(imφ) (4)

其中，為古伊相位，為廣義的拉蓋爾多項式，n，m為整數(shù)，且n＝|m|,|m|+2,|m|+4,|m|+6,....，

當n，m取下列五組數(shù)值：(1，1)，(3，5)，(5，9)，(7，13)，(9，17)，可獲得五種拉蓋爾-高斯光束模式。將這五種拉蓋爾-高斯光束模式進行等權(quán)重疊加，可形成帶有旋轉(zhuǎn)和縮放的自成像光束，即形成一個新的光場分布函數(shù)—雙螺旋旋轉(zhuǎn)光束，如圖3?；贚G函數(shù)的傅立葉變換不變特性，該函數(shù)如作為光學傳遞函數(shù)應(yīng)用到光學系統(tǒng)中，光學系統(tǒng)的點擴散函數(shù)將變?yōu)殡p螺旋點擴散函數(shù)，且雙螺旋旁瓣隨離焦量變化而旋轉(zhuǎn)的速度與LG模式平面上所選取的直線斜率成正比，在聚焦區(qū)速度最大，如圖4。

一個DH-PSF系統(tǒng)就是在標準成像系統(tǒng)的傅里葉平面加入一個特殊設(shè)計的雙螺旋光學模塊，使其透射率函數(shù)在傅里葉變化的聚焦區(qū)形成雙螺旋的形式，步驟S202中創(chuàng)建的雙螺旋光學模塊即具有該特性，一個點物通過該雙螺旋光學模塊所成的像是兩個圍繞著光軸旋轉(zhuǎn)的旁瓣，其中一個繞著光軸順時針旋轉(zhuǎn)，另一個則逆時針旋轉(zhuǎn)。用DH-PSF進行三維納米定位時，聚焦光斑的橫向定位點通過兩個旁瓣的中點來估計，而其軸向位置則根據(jù)兩個旁瓣中心連線的旋轉(zhuǎn)角度確定，且定位精度極高，具體可參考圖5所示的DH-PSF兩個旁瓣中心連線的旋轉(zhuǎn)角度與Z軸位置的關(guān)系曲線。本實施例中，所述雙螺旋光學模塊可采用通過光刻方法制作的相位版或者直接采用空間光調(diào)制器來實現(xiàn)。

具體實施時，請參閱圖7，入射波前經(jīng)過微透鏡陣列后，在其后焦平面上形成高斯光斑，其中f0為微透鏡陣列的焦距，f為4F系統(tǒng)中兩個透鏡的焦距，獲得微透鏡陣列上所有孔徑的高斯點陣圖(如圖8a所示)，高斯光斑經(jīng)過含上述雙螺旋光學模塊的4F系統(tǒng)后，變成雙螺旋形式，在其后焦面上形成雙螺旋點陣圖(如圖8b所示)，探測到雙螺旋點擴散函數(shù)陣列點后經(jīng)高斯擬合算法獲得斑點的三維坐標信息(x_i，y_i，z_i)，然后根據(jù)公式(6)計算出子孔徑在x，y方向的波前斜率：

G_x，G_y分別為第i個孔徑在x，y方向的波前斜率，(x_i，y_i，z_i)為第i個孔徑對應(yīng)的像點坐標。(x₀，y₀，z₀)為平面波入射時每個孔徑像點三維坐標，用作計算焦點偏移的基準。在獲得上述子孔徑波前斜率的基礎(chǔ)上，利用傳統(tǒng)夏克-哈特曼波前傳感器的波前重建算法，如區(qū)域法波前重建法和模式法波前重建法，就可重建獲得被測光波前，由于此為現(xiàn)有技術(shù)，故不作詳細論述。

利用雙螺旋點擴散函數(shù)法，將原本4F系統(tǒng)前焦平面上的高斯光斑在4F系統(tǒng)的后焦平面上呈現(xiàn)為雙螺旋的形式，并由CCD探測，當微透鏡陣列后焦面的像點存在離焦時，雙螺旋點會按一定規(guī)律旋轉(zhuǎn)，并且橫向定位精度不會隨著離焦的增大而降低，因此，在樣品產(chǎn)生軸向位移時，計算得到的橫向和軸向坐標更加精確，所得到的波前斜率誤差更小，重構(gòu)出波前面形會更加精確，誤差更小，提高了探測的軸向范圍。

進一步地，本發(fā)明提供的基于雙螺旋點擴散函數(shù)的波前探測方法中，所述步驟S300包括：

S301、通過高斯點陣圖獲得每個孔徑對應(yīng)的像點的二維坐標，計算與基準點的偏移量，得到每個孔徑的波前斜率，記錄為第一數(shù)據(jù)；

S302、通過雙螺旋點陣圖獲得每個孔徑對應(yīng)的像點的三維坐標，計算與基準點的偏移量，得到每個孔徑的波前斜率，記錄為第二數(shù)據(jù)；

S303、根據(jù)預設(shè)閾值對第二數(shù)據(jù)進行篩選，將第二數(shù)據(jù)中絕對值小于預設(shè)閾值的波前斜率替換為第一數(shù)據(jù)中對應(yīng)孔徑的波前斜率，構(gòu)成第三數(shù)據(jù)，得到混合波前斜率值。

由于當孔徑的波前斜率很大時，高斯光斑會靠近對應(yīng)孔徑區(qū)域的邊緣，轉(zhuǎn)換為雙螺旋點后單峰光強會下降，從而影響定位精度，為了解決這個問題，進一步提高探測精度，本發(fā)明將分兩次采集兩幅光斑圖，首先將雙螺旋光學模塊移出光路，探測器采集高斯點陣圖，之后將雙螺旋光學模塊移入光路中，探測器采集雙螺旋點陣圖，通過高斯點陣圖獲得每個孔徑對應(yīng)的像點的二維坐標，計算與基準點的偏移量，得到每個孔徑的波前斜率，記錄為第一數(shù)據(jù)，而通過雙螺旋點陣圖獲得每個孔徑對應(yīng)的像點的三維坐標，計算與基準點的偏移量，得到每個孔徑的波前斜率，記錄為第二數(shù)據(jù)，之后對第二數(shù)據(jù)進行篩選，系統(tǒng)設(shè)置一預設(shè)閾值，將第二數(shù)據(jù)中絕對值小于預設(shè)閾值的波前斜率剔除，采用第一數(shù)據(jù)中相對應(yīng)的孔徑的波前斜率代替，構(gòu)成混合波前斜率值，最后基于混合式波前重構(gòu)算法重構(gòu)波前，用混合波前斜率值對波前進行重構(gòu)，得到所探測的波前，消除了部分波前斜率較大的孔徑轉(zhuǎn)換為雙螺旋點后對定位精度的影響，最大程度保證了探測精度。

本發(fā)明較佳實施例中，對上述基于雙螺旋點擴散函數(shù)的波前探測方法進行理論模擬，模擬結(jié)果請參閱圖9a至圖9d，其中，微透鏡的個數(shù)為15*15，，微透鏡直徑為300μm，焦距為5.1mm；模擬產(chǎn)生一個在光軸上距離微透鏡距離為z的點光源，通過改變z，來測試微透鏡陣列產(chǎn)生的像點離焦量對本發(fā)明的探測精度影響，從而證明本發(fā)明對軸向探測范圍的擴展作用。

圖9a為待測的波前圖，圖9b為采用本發(fā)明的波前探測方法對待分析的波前進行恢復得到的波前圖，圖9c為待測波前與恢復波前的波前之差，同時，在相同的模擬條件下，通過傳統(tǒng)的夏克-哈特曼波前探測法對該待測波前進行恢復，采用兩種方法所恢復的波前與待測波前的均方根誤差(RMSE)如圖9d所示，從圖中可明顯看出，基于雙螺旋點擴散函數(shù)的波前探測方法在在點光源軸向位移過程中，受到像點離焦的影響要小于傳統(tǒng)的夏特-哈克曼探測法，從而得到比傳統(tǒng)的波前傳感器更高的探測精度，表明本發(fā)明提供的波前探測方法可以在一定精度的條件下，有效的提高波前傳感器的軸向探測范圍。

本發(fā)明相應(yīng)提供一種基于雙螺旋點擴散函數(shù)的波前傳感器，如圖10所示，其包括沿光路傳輸方向依次設(shè)置的微透鏡陣列11、雙螺旋點擴散函數(shù)系統(tǒng)12、探測器13，其中，所述微透鏡陣列11用于對待測波前進行聚焦，得到高斯光束；所述雙螺旋點擴散函數(shù)系統(tǒng)12用于將所述高斯光束轉(zhuǎn)換為雙螺旋旋轉(zhuǎn)光束；所述探測器13用于探測所述高斯光束和雙螺旋旋轉(zhuǎn)光束，獲得高斯點陣圖和雙螺旋點陣圖；進一步地，所述基于雙螺旋點擴散函數(shù)的波前傳感器還包括用于根據(jù)所述高斯點陣圖和雙螺旋點陣圖獲得混合波前斜率值的波前斜率計算模塊，以及用于對所述混合波前斜率值進行波前重構(gòu)，得到待測的波前信息的波前重構(gòu)模塊。具體請參閱上述方法對應(yīng)的實施例。

具體地，所述雙螺旋點擴散函數(shù)系統(tǒng)12包括沿光路傳輸方向依次設(shè)置的第一透鏡121、雙螺旋光學模塊122和第二透鏡123，其中，所述第一透鏡121用于對經(jīng)微透鏡陣列11聚焦的高斯光束進行準直；所述雙螺旋光學模塊122的光學透過率函數(shù)為雙螺旋點擴散函數(shù)，其用于將所述高斯光束轉(zhuǎn)換為雙螺旋旋轉(zhuǎn)光束；所述第二透鏡123用于對所述雙螺旋旋轉(zhuǎn)光束進行聚焦，即經(jīng)過第二透鏡123進行傅立葉變換，在其后焦面上得到雙螺旋點陣圖。具體請參閱上述方法對應(yīng)的實施例。

本發(fā)明提供的基于雙螺旋點擴散函數(shù)的波前傳感器第一優(yōu)選實施例中，所述雙螺旋光學模塊122采用通過光刻方法制作的相位版實現(xiàn)(如圖10所示)，第二優(yōu)選實施例中，所述雙螺旋光學模塊122則直接采用空間光調(diào)制器來實現(xiàn)(如圖11所示)。

本發(fā)明還相應(yīng)提供一種基于雙螺旋點擴散函數(shù)的波前探測系統(tǒng)，如圖12所示，其包括如上所述的基于雙螺旋點擴散函數(shù)的波前傳感器，用于探測待測樣品的表面信息，所述基于雙螺旋點擴散函數(shù)的波前探測系統(tǒng)還包括沿光路傳輸方向依次設(shè)置的激光器20、第一準直透鏡21、第一反射鏡22、可升降樣品臺23、第二反射鏡24、投影物鏡25和第二準直透鏡26，激光器20產(chǎn)生激光光源經(jīng)過第一準直透鏡21準直后輸出的準直光源經(jīng)過第一反射鏡22反射至待測樣品上，待測樣品被準直光源激發(fā)后可發(fā)出熒光，之后經(jīng)第二反射鏡24反射至投影物鏡25，投影物鏡25對熒光進行聚焦，之后通過第二準直透鏡26對經(jīng)聚焦后的熒光進行準直擴束，并投射至微透鏡陣列11，探測器13采集的數(shù)據(jù)傳輸至電腦進行分析處理，另外電腦也與可升降樣品臺23連接，用于控制所述可升降樣品臺23的高度，通過上述基于雙螺旋點擴散函數(shù)的波前傳感器探測待測樣品的表面信息，使得在一定的軸向范圍內(nèi)，能精準探測到待測樣品的表面信息。由于上文已對所述基于雙螺旋點擴散函數(shù)的波前傳感器進行了詳細描述，此處不作詳述。

綜上所述，本發(fā)明提供的基于雙螺旋點擴散函數(shù)的波前傳感器、探測方法及系統(tǒng)中，所述基于雙螺旋點擴散函數(shù)的波前探測方法通過微透鏡陣列對待測波前進行聚焦，獲得微透鏡陣列上所有孔徑的高斯點陣圖；通過雙螺旋點擴散函數(shù)系統(tǒng)將所述高斯點陣圖轉(zhuǎn)換為雙螺旋點陣圖；根據(jù)所述高斯點陣圖和雙螺旋點陣圖獲得混合波前斜率值；對所述混合波前斜率值進行波前重構(gòu)，得到待測的波前信息，通過將探測到的高斯光斑轉(zhuǎn)換為雙螺旋的形式可以獲得探測波前經(jīng)微透鏡陣列后的像點三維空間坐標精確信息，能抑制波前離焦誤差對于重構(gòu)精度的影響，在目標物體產(chǎn)生軸向位移的時候，依然能夠得到高的探測精度，在保證探測精度的前提下大大提高了傳感器軸向的探測范圍。

可以理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護范圍。