CN114279558B - 基于调制型双探测器的复振幅测量装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种基于调制型双探测器的复振幅测量装置和方法，装置包括激光器模块，准直扩束器模块，分束器，两个光强探测器，波前调制器模块和控制及数据处理模块。待测光束被分为两束，其中一束直接由探测器记录，另一束经过调制器调制后由探测器记录。两幅衍射光斑之间通过相位迭代恢复算法可以恢复出待测光束的复振幅分布。该方法可以用于单状态或者多状态的波前测量，可以拓展至超快现象的测量领域。由于引入调制器的调制，提升了恢复算法的收敛性能，可以有效降低噪声水平。本发明可以测量单个或多个模态情况下的波前复振幅分布。

Description

基于调制型双探测器的复振幅测量装置和方法

技术领域

本发明涉及连续光场的复振幅测量，透射型静态物体的复振幅测量，脉冲光场的多模态复振幅测量，透射型超快变化物体的复振幅测量，特别是不可重复的超快变化现象的测量。

背景技术

传统的CDI相位恢复算法，在一些情况下面临收敛性低和噪声大的劣势，引入调制器后可以有效提升恢复的收敛性能，并且可以实现单次曝光的相位恢复。超快现象的探测，对于研究基础物理，生物，化学等具有重要作用。传统的泵浦探测方法，不适用于不可重复或者很难实现的超快现象。可以实时测量并恢复相位信息的方法一般有离轴全息和单次曝光相位恢复方法。离轴全息可以利用分区域截取的方法，有效恢复出不同状态下对应波前分布，但事实该方法需要引入参考光，并且对参考光的稳定性和光束质量具有较高的要求，因此该方法的稳定性比较差，光路比较复杂。另外单次曝光的相位恢复方法，不需要参考光，利用衍射得到的衍射光斑可以重建得到对应状态的复振幅分布。广泛应用的(Gerchberg-Saxton)GS，ER(Error-Reduction)，HIO(Hyrid Input-output)等方法，在对于复杂波前的测量存在收敛困难等问题，本发明在两个衍射光斑的迭代面中引入了调制器，提高了系统恢复的冗余性，可以实现多个状态的相位单次测量，因此该方法在超快现象的复振幅测量方面具有较好的应用前景。

发明内容

本发明针对相位恢复测量面对的问题，提出一种基于调制型双探测器的复振幅测量技术。只有两幅衍射光斑的迭代会面临收敛性低，噪声高等困难，尤其是对于多状态下的相位恢复成像，需要提升系统冗余性，引入调制板可以有效提升系统的收敛性能，这为单次曝光单状态或者多状态相位恢复提供了简携，高效的测量方法。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于调制型双探测器的复振幅测量装置，其特征在于，包括：

激光器模块，为连续激光器或脉冲激光器，作为待测物体的探测光束。

准直扩束器模块，用于将入射光准直为一定口径的平行光束。

分束器，将光束按能量比例分为复振幅分布相同的两个方向的光束。

光强探测器A，用于记录待测光束的衍射光斑并将其传输至控制及数据处理模块。

波前调制器模块，用于对分束后的波前进行调制。

光强探测器B，用于记录波前调制器模块调制后的衍射光斑，并将其传输至控制及数据处理模块。

控制及数据处理模块，用于控制光强探测器A和光强探测器B及时记录衍射光斑，并存储衍射光斑并对数据进行算法处理。

对于单个模态的测量，待测光束由激光器模块产生，依次经过准直扩束器模块，待测物体，分束器后，光束分为两束，一束的衍射光斑由光强探测器A直接探测，另一束经波前调制器模块调制后，其衍射光斑由光强探测器B进行记录。最终光强探测器记录的衍射光斑传输至控制及数据处理模块，进行存储并算法处理。

如果对多模态波前进行测量，需要多状态光束序列产生模块，用于产生多个模态的测量光束。多模态产生模块可以有以下几种：

①光纤多模态产生模块，激光器模块为ns或者ps脉冲激光器情况下，所述的多状态光束序列产生模块由通过光纤依次连接的空间光耦合器、光纤分束器和光纤接头以及准直透镜构成；空间脉冲光束经过所述的空间光耦合器耦合入光纤中，经光纤分束器后分为多路脉冲光束，各路脉冲光束经过不同长度的光纤后形成具有不同时间延迟的脉冲序列，经过准直透镜，每一个脉冲光变为不同角度的近似平行光束，将此脉冲序列经准直扩束器模块后作为照明待测物体的照明光。

②空间多模态产生模块，激光器模块为ns或者ps脉冲激光器情况下，所述的多状态光束序列产生模块包括第一部分反射镜A、第一部分反射镜B、第二部分反射镜A，第二部分反射镜B、第三部分反射镜A和第三部分反射镜B，空间脉冲光束经过多个部分反射镜形成具有多个不同时间延迟的脉冲光的脉冲序列，具体是：

空间脉冲光束依次经过所述的第一部分反射镜A和第三部分反射镜B反射后的反射光作为脉冲序列的第一个脉冲；

空间脉冲光束经所述的第一部分反射镜A透射后，依次经过所述的第一部分反射镜B和第三部分反射镜A反射后，经所述的第三部分反射镜B透射后的透射光作为脉冲序列的第二个脉冲；

空间脉冲光束依次经过所述的第一部分反射镜A和第一部分反射镜B透射后，依次经过所述的第二部分反射镜A和第二部分反射镜B反射后，经过第三部分反射镜A和第三部分反射镜B透射后的透射光作为脉冲序列的第三个脉冲；

按照这种方式，根据待测物体时间变化范围和脉冲激光器的脉冲宽度，设定一定数量N个脉冲，形成一组脉冲序列，此脉冲序列经准直扩束器模块后作为待测物体的照明光。

③光谱分光多模态产生模块，激光器模块为ps或者fs宽光谱啁啾脉冲激光器情况下，所述的多状态光束序列产生模块包括反射镜，第一反射光栅，准直透镜，空间光调制器，聚焦透镜和光阑；

所述的宽光谱啁啾形式的脉冲光束通过所述的反射镜反射后，以一定角度入射到所述的第一反射光栅后经过色散将不同波长的光束部分在一维空间散射至不同方向，然后经过准直透镜将光束准直为平行光束，空间光调制器将此光束进行空间滤波选取需要的波长部分，不同波长对应不同的测量时段，经聚焦透镜聚焦后，以一定角度形成含有多个脉冲对应不同波长的脉冲序列，经准直扩束器模块后作为照明待测物体的照明光。

波前调制器模块为二元台阶相位波前调制器、三元台阶相位波前调制器、十元台阶相位波前调制器、连续相位调制器、连续振幅相位调制器或纯振幅型波前调制器。

基于以上装置可以实现对单状态或者多状态相位恢复的测量，特点在于该方法包括下列步骤：

(1)光强探测器A位置处多状态光束序列中每个状态的复振幅表示为A_n，光强探测器A记录的衍射光斑光强为其中n为多状态光束序列编号，n＝1,2,3…N；光强探测器B位置处多状态光束序列中每个状态的复振幅表示为B_n，光强探测器B(7)记录的衍射光斑光强为/>

(2)标定某一波长波前调制器模块的复振幅透过率函数T_λ；分束器与光强探测器A之间的距离为L₄₅，分束器与波前调制器模块之间的距离为L₄₆，波前调制器模块与光强探测器B之间的距离为L₆₇。

(3)控制及数据处理模块对波前调制器模块之前的光束复振幅分布O_n＝A_n·exp(i·rand(m,n)·π)_n初始猜测为：

Oguess_n＝Aguess_n·(rand(m,n)·exp(i·rand(m,n)·π))_n

其中Aguess_n为第n个脉冲的振幅系数，rand(m,n)为产生m行n列的随机矩阵，m和n分别是运算数据矩阵的行和列；

①波前调制模块与光强探测器B之间的传播过程：Oguess_n经波前调制模块后的波前分布变为：Oback_n＝Oguess_n·T_λ.Oback_n光场传播至光强探测器B后光场变为其中/>为距离L的光束正向传播过程；利用IB_n对G_n进行更新得到光场：然后将G'_n回传至波前调制模块(6)得到更新后的光场：其中/>表示距离为L的反向传播过程。利用以下更新公式得到波前调制模块前的光场：

Oguess'_n＝Oguess_n+conj(T_λ)/max(conj(T_λ)*T_λ)*(Oback'_n-Oback_n)

②光强探测器A面的约束过程：光场Oguess'_n正向传播L₄₅-L₄₆(若为负值仅代表传播方向相反)得到对应光强探测器A对应位置衍射光斑为：利用IA_n对其进行更新得到：/>此时通过以下公式，计算估计衍射光斑与记录衍射光斑之间的误差：

其中sum表示对矩阵中的所有元素进行求和。然后对P'_n回传至波前调制模块得到二次更新后的光场：

用Oest_n赋值于Oguess_n，进行下一次迭代，直到误差RMS小于预定值结束迭代过程，从而得到波前调制模块前每个状态的波前分布，将其回传至物体面便可以得到每个状态下对应待测物体的复振幅分布。其中需要注意的是，n表示多状态的数量，当n＝1时对应单状态复振幅测量过程。

与现有技术相比本发明的技术效果：

(1)有效提升单次曝光的收敛性能和信噪比。

(2)可以有效用于多状态成像，适用于ns，ps和fs等超快时间序列的多帧成像。

(3)适用于多波长多模态的相位恢复。

附图说明

图1.双探测器单次曝光相位恢复示意图

图2.多模态双探测器单次曝光相位恢复示意图

图3.基于光纤多模态产生模块双探测器单次曝光相位恢复示意图

图4.基于空间多模态产生模块双探测器单次曝光相位恢复示意图

图5.基于光谱分光多模态产生模块双探测器单次曝光相位恢复示意图

具体实施方式

针对不同的分束方式，结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此实施例限制本发明的保护范围。

实施例1：双探测器单次曝光测量生物样品复振幅

如图1所示，一种基于调制型双探测器的复振幅测量装置，包括：激光器模块1，准直扩束器模块2，分束器4，光强探测器A5，波前调制器模块6，光强探测器B7，控制及数据处理模块8。对于单个模态的测量，待测光束由激光器模块1产生，依次经过准直扩束器模块2，待测物体3，分束器4后，光束分为两束，一束的衍射光斑由光强探测器A5直接探测，另一束经波前调制器模块6调制后，其衍射光斑由光强探测器B7进行记录。最终光强探测器记录的衍射光斑传输至控制及数据处理模块8，进行存储并算法处理。

在实施例中激光器波长可以选择632nm的连续光源生物样品口径选择为2mm，波前调制器模块6选择为二元台阶相位波前调制器，相位延迟量为0或者π，基元尺寸为随机分布，最小基元尺寸为6微米×6微米。最终光强探测器A5记录的光强表示为：IA＝|A|²，光强探测器B7记录的光强表示为：IB＝|B|²。

实施例2：基于光纤多模态产生模块双探测器超快时间复振幅测量

如图2所示，一种基于光纤多模态产生模块双探测器超快时间复振幅测量装置，包括：激光器模块1，多状态光束序列产生模块9，准直扩束器模块2，分束器4，光强探测器A5，波前调制器模块6，光强探测器B7，控制及数据处理模块8。对于多模态的测量，待测光束由激光器模块1产生，依次经过多状态光束序列产生模块9，准直扩束器模块2，待测物体3，分束器4后，光束分为两束，一束的衍射光斑由光强探测器A5直接探测，另一束经波前调制器模块6调制后，其衍射光斑由光强探测器B7进行记录。最终光强探测器记录的衍射光斑传输至控制及数据处理模块8，进行存储并算法处理。光强探测器A5记录的光强表示为：光强探测器B7记录的光强表示为：/>其中N为脉冲序列中光束总的数量，n为脉冲序列中光束的编号，n＝1,2,3…N。

在该实施例中激光器模块1选为8ns脉冲激光器，波长为1064nm，波前调制器模块(6)选择为二元台阶相位波前调制器，相位延迟量为0或者π，基元尺寸为随机分布，最小基元尺寸为6微米×6微米。

该实施例中多状态光束序列产生模块9采用光纤延迟产生多模态超快脉冲序列，如图3所示，其结构组成包括：空间光耦合器10、光纤分束器11，光纤12和光纤接头13以及准直透镜14。激光器模块1为ns或者ps脉冲激光器情况下，所述的多状态光束序列产生模块9由通过光纤12依次连接的空间光耦合器10、光纤分束器11和光纤接头13以及准直透镜14构成；空间脉冲光束经过所述的空间光耦合器10耦合入光纤12中，经光纤分束器11后分为多路脉冲光束，各路脉冲光束经过不同长度的光纤后形成具有不同时间延迟的脉冲序列，经过准直透镜14，每一个脉冲光变为不同角度的近似平行光束，将此脉冲序列经准直扩束器模块2后作为照明待测物体3的照明光。

实施例3：基于空间多模态产生模块双探测器超快时间复振幅测量

如图2所示，一种基于光纤多模态产生模块双探测器超快时间复振幅测量装置，包括：激光器模块1，多状态光束序列产生模块9，准直扩束器模块2，分束器4，光强探测器A5，波前调制器模块6，光强探测器B7，控制及数据处理模块8。对于多模态的测量，待测光束由激光器模块1产生，依次经过多状态光束序列产生模块9，准直扩束器模块2，待测物体3，分束器4后，光束分为两束，一束的衍射光斑由光强探测器A5直接探测，另一束经波前调制器模块6调制后，其衍射光斑由光强探测器B7进行记录。最终光强探测器记录的衍射光斑传输至控制及数据处理模块8，进行存储并算法处理。光强探测器A5记录的光强表示为：光强探测器B7记录的光强表示为：/>其中N为脉冲序列中光束总的数量，n为脉冲序列中光束的编号，n＝1,2,3…N。

在该实施例中激光器模块1选为10ps脉冲激光器，波长为1064nm，波前调制器模块6选择为二元台阶相位波前调制器，相位延迟量为0或者π，基元尺寸为随机分布，最小基元尺寸为6微米×6微米。

该实施例中多状态光束序列产生模块9采用空间延迟产生多模态超快脉冲序列，如图4所示，其结构组成包括：第一部分反射镜A15、第一部分反射镜B20，第二部分反射镜A16、第二部分反射镜B19，第三部分反射镜A17、第三部分反射镜B18，。。。。第N部分反射镜A和第N部分反射镜B；

空间脉冲光束经所述的第一部分反射镜A15分为第一反射光和第一透射光，所述的第一反射光经所述的第一部分反射镜B20反射后，作为脉冲序列的第一个脉冲；

所述的第一透射光经所述的第二部分反射镜A16分为第二反射光和第二透射光，所述的第二反射光依次经第二部分反射镜B19反射和第一部分反射镜B20透射后，作为脉冲序列的第二个脉冲；

所述的第二透射光经所述的第三部分反射镜A17分为第三反射光和第三透射光，所述的第三反射光经所述的第三部分反射镜B18反射后，依次经所述第二部分反射镜B19和第一部分反射镜B20透射后，作为脉冲序列的第三个脉冲；

以此类推，根据待测物体3时间变化范围和脉冲激光器的脉冲宽度，设定一定数量N个脉冲，形成一组脉冲序列，此脉冲序列经准直扩束器模块2后作为待测物体3的照明光。

实施例4：基于光谱分光多模态产生模块双探测器超快时间复振幅测量

如图2所示，一种基于光纤多模态产生模块双探测器超快时间复振幅测量装置，包括：激光器模块1，多状态光束序列产生模块9，准直扩束器模块2，分束器4，光强探测器A5，波前调制器模块6，光强探测器B7，控制及数据处理模块8。对于多模态的测量，待测光束由激光器模块1产生，依次经过多状态光束序列产生模块9，准直扩束器模块2，待测物体3，分束器4后，光束分为两束，一束的衍射光斑由光强探测器A5直接探测，另一束经波前调制器模块6调制后，其衍射光斑由光强探测器B7进行记录。最终光强探测器记录的衍射光斑传输至控制及数据处理模块8，进行存储并算法处理。光强探测器A5记录的光强表示为：光强探测器B7记录的光强表示为：/>其中N为脉冲序列中光束总的数量，n为脉冲序列中光束的编号，n＝1,2,3…N。

在该实施例中激光器模块1选为100fs的脉冲激光器，波长为700-900nm，波前调制器模块6选择为二元台阶相位波前调制器，相位延迟量对于800nm为0或者π，基元尺寸为随机分布，最小基元尺寸为6微米×6微米。

该实施例中多状态光束序列产生模(9采用光谱分光产生多模态超快脉冲序列，如图5所示，其结构组成包括：反射镜21，第一反射光栅22，准直透镜23，空间光调制器24，聚焦透镜25和光阑26。所述的宽光谱啁啾形式的脉冲光束通过所述的反射镜21反射后，以一定角度入射到所述的第一反射光栅22后经过色散将不同波长的光束部分在一维空间散射至不同方向，然后经过准直透镜23将光束准直为平行光束，空间光调制器24将此光束进行空间滤波选取需要的波长部分，不同波长对应不同的测量时段，经聚焦透镜25聚焦后，以一定角度形成含有多个脉冲对应不同波长的脉冲序列，经准直扩束器模块2后作为照明待测物体3的照明光。

基于以上四种实施例复振幅测量装置得到光强衍射斑IA和IB，可以利用以下处理方法得到待测物体3表面出射光的复振幅分布：

步骤1)光强探测器A5位置处多状态光束序列中每个状态的复振幅表示为A_n，光强探测器A5记录的衍射光斑光强为其中n为多状态光束序列编号，n＝1,2,3…N；光强探测器B7位置处多状态光束序列中每个状态的复振幅表示为B_n，光强探测器B7记录的衍射光斑光强为/>

步骤2)标定某一波长波前调制器模块6的复振幅透过率函数T_λ；分束器4与光强探测器A5之间的距离为L₄₅，分束器4与波前调制器模块6之间的距离为L₄₆，波前调制器模块6与光强探测器B7之间的距离为L₆₇。

步骤3)控制及数据处理模块8对波前调制器模块6之前的光束复振幅分布O_n＝A_n·exp(i·rand(m,n)·π)_n初始猜测为：

Oguess_n＝Aguess_n·(rand(m,n)·exp(i·rand(m,n)·π))_n

其中Aguess_n为第n个脉冲的振幅系数，rand(m,n)为产生m行n列的随机矩阵，m和n分别是运算数据矩阵的行和列；

①波前调制模块6与光强探测器B7之间的传播过程：Oguess_n经波前调制模块6后的波前分布变为：Oback_n＝Oguess_n·T_λ.Oback_n光场传播至光强探测器B7后光场变为其中/>为距离L的光束正向传播过程；利用IB_n对G_n进行更新得到光场：然后将G'_n回传至波前调制模块6得到更新后的光场：其中/>表示距离为L的反向传播过程。利用以下更新公式得到波前调制模块6前的光场：

Oguess'_n＝Oguess_n+conj(T_λ)/max(conj(T_λ)*T_λ)*(Oback'_n-Oback_n)

②光强探测器A(5)面的约束过程：光场Oguess'_n正向传播L₄₅-L₄₆(若为负值仅代表传播方向相反)得到对应光强探测器A(5)对应位置衍射光斑为：利用IA_n对其进行更新得到：/>此时通过以下公式，计算估计衍射光斑与记录衍射光斑之间的误差：

其中sum表示对矩阵中的所有元素进行求和。然后对P'_n回传至波前调制模块6得到二次更新后的光场：

用Oest_n赋值于Oguess_n，进行下一次迭代，直到误差RMS小于预定值结束迭代过程，从而得到波前调制模块6前每个状态的波前分布，将其回传至物体面便可以得到每个状态下对应待测物体的复振幅分布。其中需要注意的是，n表示多状态的数量，当n＝1时对应单状态复振幅测量过程。

Claims (8)

1.一种基于调制型双探测器的复振幅测量装置，其特征在于，包括：

激光器模块(1)，用于输出探测光束；

准直扩束器模块(2)，用于将所述的探测光束准直并扩束为一定口径的平行光束后，照射在待测物体(3)；

分束器(4)，用于接收经在待测物体(3)透射后的平行光束，并按能量比例分为复振幅分布相同的两个方向的光束，即透射光束和反射光束；

光强探测器A(5)，用于记录透射光束的衍射光斑并将其传输至控制及数据处理模块(8)；

波前调制器模块(6)，用于对反射光束的波前进行调制；

光强探测器B(7)，用于记录经波前调制器模块(6)调制后的衍射光斑，并将其传输至控制及数据处理模块(8)；

控制及数据处理模块(8)，用于控制光强探测器A(5)和光强探测器B(7)及时记录衍射光斑，并存储衍射光斑并对数据进行处理；

具体包含：

步骤1)设光强探测器A(5)位置处多状态光束序列中每个状态的复振幅表示为A_n，光强探测器A(5)记录的衍射光斑光强为其中n为多状态光束序列编号，n＝1,2,3…N；光强探测器B(7)位置处多状态光束序列中每个状态的复振幅表示为B_n，光强探测器B(7)记录的衍射光斑光强为/>

步骤2)标定某一波长波前调制器模块(6)的复振幅透过率函数T_λ；分束器(4)与光强探测器A(5)之间的距离为L₄₅，分束器(4)与波前调制器模块(6)之间的距离为L₄₆，波前调制器模块(6)与光强探测器B(7)之间的距离为L₆₇；

步骤3)控制及数据处理模块(8)对波前调制器模块(6)之前的光束复振幅分布O_n＝A_n·exp(i·rand(m,n)·π)_n初始猜测光场为：

Oguess_n＝Aguess_n·(rand(m,n)·exp(i·rand(m,n)·π))_n

其中，Aguess_n为第n个脉冲的振幅系数，rand(m,n)为产生m行n列的随机矩阵，m和n分别是运算数据矩阵的行和列；

①波前调制模块(6)与光强探测器B(7)之间的传播过程：初始猜测光场光场Oguess_n经波前调制模块(6)后的波前分布变为：Oback_n＝Oguess_n·T_λ；Oback_n光场传播至光强探测器B(7)后光场变为其中/>为距离L的光束正向传播过程；利用IB_n对G_n进行更新得到光场：/>然后将G'_n回传至波前调制模块(6)得到更新后的光场：/>其中/>表示距离为L的反向传播过程；

利用以下更新公式得到波前调制模块(6)前的光场：

Oguess'_n＝Oguess_n+conj(T_λ)/max(conj(T_λ)*T_λ)*(Oback'_n-Oback_n)

②光强探测器A(5)面的约束过程：光场Oguess'_n正向传播L₄₅-L₄₆(若为负值仅代表传播方向相反)得到对应光强探测器A(5)对应位置衍射光斑为：利用IA_n对其进行更新得到：/>

通过以下公式，计算估计衍射光斑与记录衍射光斑之间的误差：

其中，sum表示对矩阵中的所有元素进行求和；

然后对P'_n回传至波前调制模块(6)得到二次更新后的光场：

用二次更新后的光场Oest_n赋值于初始猜测光场Oguess_n，进行下一次迭代，直到误差RMS小于预定值结束迭代过程，从而得到波前调制模块(6)前每个状态的波前分布，将其回传至物体面便可以得到每个状态下对应待测物体的复振幅分布，其中，n表示多状态的数量，当n＝1时对应单状态复振幅测量过程。

2.根据权利要求1所述的基于调制型双探测器的复振幅测量装置，其特征在于，在所述的激光器模块(1)为连续激光器或脉冲激光器。

3.根据权利要求2所述的基于调制型双探测器的复振幅测量装置，其特征在于，在所述的激光器模块(1)和准直扩束器模块(2)之间的光路上还设有多状态光束序列产生模块(9)，用于产生多个模态的测量光束。

4.根据权利要求3所述的基于调制型双探测器的复振幅测量装置，其特征在于，激光器模块(1)为ns或者ps脉冲激光器，所述的多状态光束序列产生模块(9)由通过光纤(12)依次连接的空间光耦合器(10)、光纤分束器(11)和光纤接头(13)以及准直透镜(14)构成；

空间脉冲光束经过所述的空间光耦合器(10)耦合入光纤(12)中，经光纤分束器(11)后分为多路脉冲光束，各路脉冲光束经过不同长度的光纤后形成具有不同时间延迟的脉冲序列，经过准直透镜(14)，每一个脉冲光变为不同角度的近似平行光束，该脉冲序列经过准直扩束器模块(2)后作待测物体(3)的照明光。

5.根据权利要求3所述的基于调制型双探测器的复振幅测量装置，其特征在于，激光器模块(1)为ns或者ps脉冲激光器，所述的多状态光束序列产生模块(9)包括第一部分反射镜A(15)、第一部分反射镜B(20)，第二部分反射镜A(16)、第二部分反射镜B(19)，第三部分反射镜A(17)、第三部分反射镜B(18),......第N部分反射镜A和第N部分反射镜B；

空间脉冲光束经所述的第一部分反射镜A(15)分为第一反射光和第一透射光，所述的第一反射光经所述的第一部分反射镜B(20)反射后，作为脉冲序列的第一个脉冲；

所述的第一透射光经所述的第二部分反射镜A(16)分为第二反射光和第二透射光，所述的第二反射光依次经第二部分反射镜B(19)反射和第一部分反射镜B(20)透射后，作为脉冲序列的第二个脉冲；

所述的第二透射光经所述的第三部分反射镜A(17)分为第三反射光和第三透射光，所述的第三反射光经所述的第三部分反射镜B(18)反射后，依次经所述第二部分反射镜B(19)和第一部分反射镜B(20)透射后，作为脉冲序列的第三个脉冲；

以此类推，根据待测物体(3)时间变化范围和脉冲激光器的脉冲宽度，设定一定数量N个脉冲，形成一组脉冲序列，此脉冲序列经准直扩束器模块(2)后作为待测物体(3)的照明光。

6.根据权利要求3所述的基于调制型双探测器的复振幅测量装置，其特征在于，激光器模块(1)为ps或者fs宽光谱啁啾脉冲激光器，所述的多状态光束序列产生模块(9)包括反射镜(21)，第一反射光栅(22)，准直透镜(23)，空间光调制器(24)，聚焦透镜(25)和光阑(26)；

宽光谱啁啾形式的脉冲光束通过所述的反射镜(21)反射后，以一定角度入射到所述的第一反射光栅(22)，经过色散将不同波长的光束部分在一维空间散射至不同方向，然后经过准直透镜(23)将光束准直为平行光束后，经空间光调制器(24)将光束进行空间滤波选取需要的波长部分，不同波长对应不同的测量时段，经聚焦透镜(25)聚焦后，以一定角度形成含有多个脉冲对应不同波长的脉冲序列输出至所述的准直扩束器模块(2)，经准直扩束器模块(2)输出后作为照明待测物体(3)的照明光。

7.根据权利要求1-6任一所述的基于调制型双探测器的复振幅测量装置，其特征在于，所述的波前调制器模块(6)为二元台阶相位波前调制器、三元台阶相位波前调制器、十元台阶相位波前调制器、连续相位调制器、连续振幅相位调制器或纯振幅型波前调制器。

8.根据权利要求1-7任一所述的基于调制型双探测器的复振幅测量装置的测量方法，其特征在于该方法包括下列步骤：

步骤1)设光强探测器A(5)位置处多状态光束序列中每个状态的复振幅表示为A_n，光强探测器A(5)记录的衍射光斑光强为其中n为多状态光束序列编号，n＝1,2,3…N；光强探测器B(7)位置处多状态光束序列中每个状态的复振幅表示为B_n，光强探测器B(7)记录的衍射光斑光强为/>

步骤2)标定某一波长波前调制器模块(6)的复振幅透过率函数T_λ；分束器(4)与光强探测器A(5)之间的距离为L₄₅，分束器(4)与波前调制器模块(6)之间的距离为L₄₆，波前调制器模块(6)与光强探测器B(7)之间的距离为L₆₇；

步骤3)控制及数据处理模块(8)对波前调制器模块(6)之前的光束复振幅分布O_n＝A_n·exp(i·rand(m,n)·π)_n初始猜测光场为：

Oguess_n＝Aguess_n·(rand(m,n)·exp(i·rand(m,n)·π))_n

其中，Aguess_n为第n个脉冲的振幅系数，rand(m,n)为产生m行n列的随机矩阵，m和n分别是运算数据矩阵的行和列；

①波前调制模块(6)与光强探测器B(7)之间的传播过程：初始猜测光场光场Oguess_n经波前调制模块(6)后的波前分布变为：Oback_n＝Oguess_n·T_λ；Oback_n光场传播至光强探测器B(7)后光场变为其中/>为距离L的光束正向传播过程；利用IB_n对G_n进行更新得到光场：/>然后将G'_n回传至波前调制模块(6)得到更新后的光场：/>其中/>表示距离为L的反向传播过程；

利用以下更新公式得到波前调制模块(6)前的光场：

Oguess'_n＝Oguess_n+conj(T_λ)/max(conj(T_λ)*T_λ)*(Oback'_n-Oback_n)

②光强探测器A(5)面的约束过程：光场Oguess'_n正向传播L₄₅-L₄₆(若为负值仅代表传播方向相反)得到对应光强探测器A(5)对应位置衍射光斑为：利用IA_n对其进行更新得到：/>

通过以下公式，计算估计衍射光斑与记录衍射光斑之间的误差：

其中，sum表示对矩阵中的所有元素进行求和；

然后对P'_n回传至波前调制模块(6)得到二次更新后的光场：

用二次更新后的光场Oest_n赋值于初始猜测光场Oguess_n，进行下一次迭代，直到误差RMS小于预定值结束迭代过程，从而得到波前调制模块(6)前每个状态的波前分布，将其回传至物体面便可以得到每个状态下对应待测物体的复振幅分布，其中，n表示多状态的数量，当n＝1时对应单状态复振幅测量过程。