技術(shù)特征：

1.一種基于光學(xué)衍射元件的激光散斑抑制的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，其特征在于：包括光學(xué)模塊和電學(xué)控制模塊，所述光學(xué)模塊包括調(diào)制透鏡組件、二元光學(xué)衍射元件和聚焦物鏡，所述調(diào)制透鏡組件、二元光學(xué)衍射元件和聚焦物鏡位于同一光軸上，激光器射出的激光束通過(guò)所述調(diào)制透鏡組件進(jìn)行擴(kuò)束、整形和校準(zhǔn)，正入射所述二元光學(xué)衍射元件的平面，所述二元光學(xué)衍射元件可水平移動(dòng)地安裝在水平導(dǎo)軌上并與水平面呈夾角；所述電學(xué)控制模塊，用以控制二元光學(xué)衍射元件以設(shè)定的運(yùn)動(dòng)速度和夾角水平移動(dòng)。

2.如權(quán)利要求1所述的基于光學(xué)衍射元件的激光散斑抑制的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，其特征在于：所述夾角為0.5°-4.4°。

3.如權(quán)利要求1或2所述的基于光學(xué)衍射元件的激光散斑抑制的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，其特征在于：所述設(shè)定的運(yùn)動(dòng)速度為1.0-2.5mm/s。

4.如權(quán)利要求1或2所述的基于光學(xué)衍射元件的激光散斑抑制的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，其特征在于：所述調(diào)制透鏡組件包括并排布置的兩個(gè)調(diào)制透鏡，所述激光器、兩個(gè)調(diào)制透鏡、二元光學(xué)衍射元件和聚焦物鏡同軸布置。

5.如權(quán)利要求1或2所述的基于光學(xué)衍射元件的激光散斑抑制的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，其特征在于：所述電學(xué)控制模塊還包括用于計(jì)算獲得運(yùn)動(dòng)速度和夾角的激光散斑抑制控制單元，計(jì)算過(guò)程如下：

1)光學(xué)衍射元件的透射率函數(shù)設(shè)為t(x₀,y₀)，光學(xué)衍射元件后平面P′₀光場(chǎng)的復(fù)振幅表示為：

U′₀(x₀,y₀)＝t(x₀,y₀)U₀(x₀,y₀)＝t(x₀,y₀) (1)

x₀,y₀是光學(xué)衍射元件前平面P₀上的坐標(biāo)，U₀(x₀,y₀)是光學(xué)衍射元件前平面P₀光場(chǎng)的振幅，且U₀(x₀,y₀)＝1；

2)光束達(dá)到聚焦物鏡，符合菲涅耳衍射條件，由菲涅耳衍射公式得到平面P₁上光場(chǎng)的復(fù)振幅為：

$U_1(x_1,y_1)=\frac{e^{{\mathrm{ikd}}_0}}{{\mathrm{i\λd}}_0}{e}^{\frac{ik}{2d_0}({x_1}^2+y_1^2)}\∫{\∫}_{-\mathrm{\∞}}^{\mathrm{\∞}}{U}_0^{\′}(x_0,y_0)e^{\frac{ik}{2d_0}(x_0^2+y_0^2)}{e}^{-\frac{ik}{d_0}(x_1{x}_0+y_1{y}_0)}{\mathrm{dx}}_0{\mathrm{dy}}_0---\left(2\right)$

x₁,y₁是平面p₁上的坐標(biāo)；

3)光束從聚焦物鏡的前表面?zhèn)鞑サ酵哥R的后表面，此時(shí)平面P′₁上光場(chǎng)的復(fù)振幅為：

$U_1^{\′}(x_1,y_1)=t_1(x_1,y_1)U_1(x_1,y_1)=e^{{\mathrm{iknw}}_0}{e}^{-ik\frac{x_1^2+y_1^2}{2f}}{U}_1(x_1,y_1)---\left(3\right)$

其中w₀為透鏡5中心的厚度，f為透鏡的焦距，且透鏡總是具有一定的尺寸，圓形孔徑半徑為r₀的透鏡的孔徑函數(shù)即光瞳函數(shù)P(x₁,y₁)為：

$P(x_1,y_1)=\left\{\begin{array}{cc}1& x_1^2+y_1^2\<r_0^2\\ 0& x_1^2+y_1^2\>r_0^2\end{array}\right.$

這樣有：

$U_1^{\′}(x_1,y_1)=t_1(x_1,y_1)U_1(x_1,y_1)=e^{{\mathrm{iknw}}_0}{e}^{-ik\frac{x_1^2+y_1^2}{2f}}{U}_1(x_1,y_1)P(x_1,y_1)---\left(4\right)$

4)光束從聚焦物鏡到觀測(cè)屏的過(guò)程符合菲涅耳衍射條件，由菲涅耳衍射公式得到平面P_i上光場(chǎng)的復(fù)振幅為：

$U_i(x_i,y_i)=\frac{e^{{\mathrm{ikd}}_i}}{{\mathrm{i\λd}}_i}{e}^{\frac{ik}{2d_i}\left(x_1^2+y_1^2\right)}\∫{\∫}_{-\mathrm{\∞}}^{\mathrm{\∞}}{U}_1^{\′}(x_1,y_1)e^{\frac{ik}{2d_i}\left(x_1^2+y_1^2\right)}{e}^{-\frac{ik}{d_i}\left(x_i{x}_1+y_i{y}_1\right)}{\mathrm{dx}}_i{\mathrm{dy}}_i---\left(5\right)$

將(4)式代入(5)式，可得：

$U_i(x_i,y_i)=\frac{e^{{\mathrm{ikd}}_i}}{{\mathrm{i\λd}}_i}{e}^{\frac{ik}{2d_i}\left(x_1^2+y_1^2\right)}{e}^{{\mathrm{iknw}}_0}\∫{\∫}_{-\mathrm{\∞}}^{\mathrm{\∞}}{U}_1(x_1,y_1)P(x_1,y_1)e^{\frac{ik}{2d_i}\left(x_1^2+y_1^2\right)}{e}^{-\frac{ik}{d_i}\left(x_1{x}_i+y_1{y}_i\right)}{e}^{-\frac{ik}{2f}(x_1^2+y_1^2)}{\mathrm{dx}}_1{\mathrm{dy}}_1---\left(6\right)$

得到在整個(gè)區(qū)域內(nèi)都有P(x₁,y₁)＝1，將(2)式代入(6)式整理化簡(jiǎn)得到：

$U_i\left(x_i,y_i\right)=\frac{d^{ik\left(d_i+d_0+{\mathrm{nw}}_0\right)}}{-{\mathrm{\λ}}^2{d}_0{d}_i}\∫{\∫}_{-\mathrm{\∞}}^{\mathrm{\∞}}{U}_0^{\′}\left(x_0,y_0\right)\∫{\∫}_{-\mathrm{\∞}}^{\mathrm{\∞}}{e}^{ik\[\frac{x_i^2+y_i^2}{2d_i}+\left(\frac{1}{2d_0}-\frac{1}{2f}+\frac{1}{2d_i}\right)\left(x_1^2+y_1^2\right)+\frac{x_0^2+y_0^2}{2d_0}-\frac{x_1{x}_0+y_1{y}_0}{d_0}-\frac{x_1{x}_i+y_1{y}_i}{d_i}\]}{\mathrm{dx}}_1{\mathrm{dy}}_1{\mathrm{dx}}_0{\mathrm{dy}}_0---\left(7\right)$

其中x_i,y_i是平面p_i上的坐標(biāo)；

將(1)式代入(7)式，并且化簡(jiǎn)整理得到成像屏幕上的光場(chǎng)分布復(fù)振幅為：

$U_i(x_i,y_i)={\mathrm{Ae}}^{\frac{ik(f-d_0)(x_1^2+y_1^2)}{2\[d_i(f-d_0)+d_{o}f\]}}\∫{\∫}_{-\mathrm{\∞}}^{\mathrm{\∞}}t(x_0,y_0)e^{ik\frac{(f-d_i)(x_0^2+y_0^2)}{2\[d_i(f-d_0)+d_{o}f\]}}{e}^{-ik\frac{f(x_0{x}_i+y_0{y}_i)}{d_i(f-d_0)+d_{o}f}}{\mathrm{dx}}_0{\mathrm{dy}}_0---\left(8\right)$

式中：A表示式中出現(xiàn)的復(fù)常數(shù)；

5)設(shè)定算符Q，使得U_i(x_i,y_i)＝Q[t(x₀,y₀)],現(xiàn)在引入CCD相機(jī)成像系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)H(x_i,y_i；x_j,y_j),則CCD相機(jī)成像平面上的光場(chǎng)分布的復(fù)振幅為：

$U_j(x_j,y_j)=\∫{\∫}_{-\mathrm{\∞}}^{\mathrm{\∞}}Q\[t(x_0,y_0)\]H(x_i,y_i;x_j,y_j){\mathrm{dx}}_i{\mathrm{dy}}_i---\left(9\right)$

其中x_j,y_j是平面p_i上的坐標(biāo)；

6)光學(xué)衍射元件于水平方向運(yùn)動(dòng)與水平方向成a的傾斜角，將速度分解成引入運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致在CCD上得到新的光場(chǎng)分布：

$U_j^{\′}(x_j,y_j,t)=\∫{\∫}_{-\mathrm{\∞}}^{\mathrm{\∞}}Q\[t(x_0+v_{x}t,y_0+v_{y}t)\]H(x_i,y_i;x_j,y_j){\mathrm{dx}}_i{\mathrm{dy}}_i---\left(10\right)$

7)由光場(chǎng)強(qiáng)度公式I(x_j,y_j)＝|U(x_j,y_j)|²得到在CCD曝光時(shí)間內(nèi)捕獲到的散斑圖像強(qiáng)度為:

$I(x_j,y_j,t)=\frac{1}{\mathrm{\Δ}t}{\∫}_t^{t+\mathrm{\Δ}t}|U_j^{\′}(x_j,y_j,t^{\′}){|}^2{\mathrm{dt}}^{\′}---\left(11\right)$

Δt為CCD相機(jī)曝光時(shí)間，|U(x_j,y_j)|²表示被測(cè)散斑圖像在時(shí)刻

t′∈[t,t+Δt]處的強(qiáng)度分布，則檢測(cè)到的散斑強(qiáng)度的平均值為：

$\begin{array}{c}\<I\left(x_j,y_j,t\right)\>=\frac{1}{\mathrm{\Δ}t}{\∫}_t^{t+\mathrm{\Δ}t}\<|U_j^{\′}\left(x_j,y_j,t^{\′}\right){|}^2\>{\mathrm{dt}}^{\′}\\ =\frac{1}{\mathrm{\Δ}t}\∫\∫\∫{\∫}_{-\mathrm{\∞}}^{\mathrm{\∞}}{\∫}_t^{t+\mathrm{\Δ}t}Q\[t\left(x_{01}+v_x{t}^{\′},y_{01}+v_y{t}^{\′}\right)\]Q^{*}\[t\left(x_{02}+v_x{t}^{\′},y_{02}+v_y{t}^{\′}\right)\]H\left(x_{01},y_{01};x_j,y_j\right)H^{*}\left(x_{02},y_{02};x_j,y_j\right){\mathrm{dx}}_{01}{\mathrm{dx}}_{02}{\mathrm{dy}}_{01}{\mathrm{dy}}_{02}{\mathrm{dt}}^{\′}\end{array}---\left(12\right)$

則散斑圖像強(qiáng)度的二階矩表示為：

$\<I^2\left(x_j,y_j,t\right)\>=\<\frac{1}{{\mathrm{\Δt}}^2}{\∫}_{t_1}^{t_1+\mathrm{\Δ}t}{\∫}_{t_2}^{t_2+\mathrm{\Δ}t}\left|U_j^{\′}\left(x_j,y_j,t^{\′}\right){|}^2\right|U_j^{\′}\left(x_j,y_j,t^{\′\′}\right){|}^2{\mathrm{dt}}^{\′}{\mathrm{dt}}^{\′\′}\>---\left(13\right)$

公式中所涉及到的x₀₁,x₀₂,y₀₁,y₀₂,t’,t”是為了計(jì)算需要的中間參數(shù)；

8)根據(jù)Goodman的散斑統(tǒng)計(jì)理論，被檢測(cè)到的散斑圖像的對(duì)比度C為：

$\begin{array}{c}\begin{array}{c}C=\frac{\mathrm{\σ}}{I}=\frac{\sqrt{\<I^2\left(x_j,y_j,t\right)\>-\<I\left(x_j,y_j,t\right){\>}^2}}{\<I\left(x_j,y_j,t\right)\>}\\ =\frac{\sqrt{\<{\∫}_{t_1}^{t_1+\mathrm{\Δ}t}{\∫}_{t_1}^{t_2+\mathrm{\Δ}t}\left|U_j^{\′}\left(x_j,y_j,t^{\′}\right){|}^2\right|U_j^{\′}\left(x_j,y_j,t^{\′\′}\right){|}^2{\mathrm{dt}}^{\′}{\mathrm{dt}}^{\′\′}\>-{\left({\∫}_t^{t+\mathrm{\Δ}t}\<|U_j^{\′}\left(x_j,y_j,t^{\′}\right){|}^2\>{\mathrm{dt}}^{\′}\right)}^2}}{{\∫}_t^{t+\mathrm{\Δ}t}\<|U_j^{\′}\left(x_j,y_j,t^{\′}\right){|}^2\>{\mathrm{dt}}^{\′}}\end{array}---\left(14\right)\\ C=\frac{\sqrt{\<{\∫}_{t_1}^{t_1+\mathrm{\Δ}t}{\∫}_{t_1}^{t_2+\mathrm{\Δ}t}|\∫{\∫}_{-\mathrm{\∞}}^{\mathrm{\∞}}Q\[t\left(x_0+v_x{t}^{,},y_0+v_y{t}^{,}\right)\]H\left(x_i,y_i;x_j,y_j\right){\mathrm{dx}}_i{\mathrm{dy}}_i{|}^2|\∫{\∫}_{-\mathrm{\∞}}^{\mathrm{\∞}}Q\[t\left(x_0+v_x{t}^{,,},y_0+v_y{t}^{,,}\right)\]H\left(x_i,y_i;x_j,y_j\right){\mathrm{dx}}_i{\mathrm{dy}}_i{|}^2{\mathrm{dt}}^{,}{\mathrm{dt}}^{,,}\>-{\[{\∫}_t^{t+\mathrm{\Δ}t}\<|\∫{\∫}_{-\mathrm{\∞}}^{\mathrm{\∞}}Q\[t\left(x_0+v_x{t}^{,},y_0+v_y{t}^{,}\right)\]H\left(x_i,y_i;x_j,y_j\right){\mathrm{dx}}_i{\mathrm{dy}}_i{|}^2\>{\mathrm{dt}}^{,}\]}^2}}{{\∫}_t^{t+\mathrm{\Δ}t}\<|\∫{\∫}_{-\mathrm{\∞}}^{\mathrm{\∞}}Q\[t\left(x_0+v_x{t}^{,},y_0+v_y{t}^{,}\right)\]H\left(x_i,y_i;x_j,y_j\right){\mathrm{dx}}_i{\mathrm{dy}}_i{|}^2\>{\mathrm{dt}}^{,}}\end{array}$

變量(x₀,y₀)同時(shí)也為透射系數(shù)函數(shù)的坐標(biāo)，(x_j,y_j)為CCD相機(jī)曝光屏上的坐標(biāo)，在同一次的測(cè)量過(guò)程中看作是定值；只考慮變量v_x,v_y，設(shè)置算符F,使得：

$U_j^{\′}(x_j,y_j,t)=\∫{\∫}_{-\mathrm{\∞}}^{\mathrm{\∞}}Q\[t(x_0+v_{x}t,y_0+v_{y}t)\]H(x_i,y_i;x_j,y_j){\mathrm{dx}}_i{\mathrm{dy}}_i=F(v_{x}t,v_{y}t)---\left(15\right)$

將(15)式代入(14)式化簡(jiǎn)整理得到：

$C=\frac{\sqrt{\<{\∫}_{t_1}^{t_1+\mathrm{\Δ}t}{\∫}_{t_1}^{t_2+\mathrm{\Δ}t}\left|F(v_x{t}^{\′},v_y{t}^{\′}){|}^2\right|F(v_x{t}^{\′\′},v_y{t}^{\′\′}){|}^2{\mathrm{dt}}^{\′}{\mathrm{dt}}^{\′\′}\>-{({\∫}_t^{t+\mathrm{\Δ}t}\<|F(v_x{t}^{\′},v_y{t}^{\′}){|}^2\>{\mathrm{dt}}^{\′})}^2}}{{\∫}_t^{t+\mathrm{\Δ}t}\<|F(v_x{t}^{\′},v_y{t}^{\′}){|}^2\>{\mathrm{dt}}^{\′}}---\left(16\right)$

其中：v表示二元光學(xué)衍射元件的移動(dòng)速度，a是二元光學(xué)衍射元件和水平面的夾角。