仪器仪表学报

作者：裴世鑫，郑改革，曹兆楼

单位：裴世鑫,1.南京信息工程大学物理与光电工程学院南京210044； 2.南京信息工程大学江苏省气象光子学与光电探测国际合作 联合实验室南京210044； 3.南京信息工程大学大气光电探测与信息融合国家级重点实验室培育建设点南京210044； 4.南京信息工程大学江苏省大气光电智能感知技术工程研究中心南京210044,,郑改革,1.南京信息工程大学物理与光电工程学院南京210044； 2.南京信息工程大学江苏省气象光子学与光电探测国际合作 联合实验室南京210044； 3.南京信息工程大学大气光电探测与信息融合国家级重点实验室培育建设点南京210044； 4.南京信息工程大学江苏省大气光电智能感知技术工程研究中心南京210044,,曹兆楼,1.南京信息工程大学物理与光电工程学院南京210044； 2.南京信息工程大学江苏省气象光子学与光电探测国际合作 联合实验室南京210044； 3.南京信息工程大学大气光电探测与信息融合国家级重点实验室培育建设点南京210044； 4.南京信息工程大学江苏省大气光电智能感知技术工程研究中心南京210044,zhaolou.cao@gmail.com,

关键词：偏振像差;相位复原;粒子群优化;梯度下降;并行计算;Jones矩阵

基金：国家自然科学基金（42375127）项目资助

受到镀膜及材料双折射、内部应力的影响，高数值孔径光学系统不可避免存在一定的偏振像差，使得系统的成像质量与入射光偏振态相关。现有偏振像差测量技术一般装置较为复杂，测量不便，效率较低。针对此问题，提出了使用往返式光路进行测量，利用偏振分辨波前测量技术从聚焦光场的强度分布反演显微物镜的Jones矩阵，降低系统复杂度。首先，基于光线追迹及标量衍射理论建立了数值计算模型，模拟聚焦光场不同轴向位置处的强度分布；其次，将复振幅反演转化为最优化问题，进而利用粒子群及梯度下降混合优化算法建立了反演模型，通过优化表征偏振像差的Zernike多项式系数使得预测与目标强度分布之间的偏差最小化，实现光学系统Jones矩阵的反演；再次，基于数值模拟测试了给定偏振像差时模型的反演结果，Jones矩阵元素反演结果与目标值符合较好，误差值<10-3；最后，实验测量了商用高数值孔径显微物镜的偏振像差，反演了Zernike多项式系数，预测与目标强度分布保持一致。理论与实验结果表明，所提出的算法能够有效获得显微物镜的偏振像差，且具有结构简单、操作方便的特点，有望为高数值孔径光学系统的制造检测提供一个新的技术手段。

来源：2025年第8期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

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