本發明屬于波前整形，具體涉及了一種基于空間分割復用的波前整形系統和方法。
背景技術：
1、波前整形技術廣泛應用于復雜場景下的光學探測，如：天文觀測、激光加工、生物醫學成像與治療。該技術通過利用各種光調制器件，例如：空間光調制器、可變形鏡和數字微鏡器件等對光場進行調制，實現對散射，像差的校正，將入射光精確地導引到目標靶點。
2、傳統的基于反饋信號調制的波前整形方法大都是在光調制器件的不同分區上施加不同的調制信號，采集反饋信號作為下一步調節的依據。更多更密集的分區使得最終校正的光強強度越大，但是所需要加載光調制器件分區的數目越多，導致所需光電探測器采集信號的總時間越長，影響實時的校正應用。
3、當基于反饋信號的波前整形算法對深層強散射樣本進行探測時，因為需要更高的信噪比對抗散射介質，故需要較大的分區數目，因而需要較多的校正時間。傳統的基于反饋的波前整形方法校正散射所需的時間較長，從而難以在退相干時間較短的散射介質中應用。
技術實現思路
1、針對上述問題，本發明提供了一種基于空間分割復用的波前整形系統和方法。本發明通過旋轉掩膜對光的調制，可以同時對四個子區域的散射進行校正，經過波前匹配，得到總的校正波前。因此，本發明能大大提升波前整形方法的校正效果。
2、本發明采用的技術方案如下：
3、一、一種基于空間分割復用的波前整形系統
4、波前整形系統包括依次沿光路布置的激光光源、第一擴束鏡、空間光調制器、旋轉掩膜、第二擴束鏡、第一物鏡、散射介質、第二物鏡、管透鏡和光電探測器；激光光源發射的光束通過第一擴束鏡，后進入空間光調制器調制，調制后依次經旋轉掩膜、第二擴束鏡、第一物鏡，后透過散射介質，再依次經過第二物鏡、管透鏡，后被光電探測器采集；空間光調制器、旋轉掩膜、光電探測器與控制單元連接，用于驅動控制旋轉掩膜旋轉、控制空間光調制器的調制信號刷新、接收和處理光電探測器采集的信號。
5、散射介質可以具體為小鼠鼠腦切片。第一擴束鏡使得光線充滿空間光調制器通光面，提高空間光調制器的有效利用率，第二擴束鏡使光充滿物鏡的入射孔徑，提高系統的數值孔徑。管透鏡將光會聚在一起，從而得到成最終的實像。
6、空間光調制器設置在第一物鏡的前焦面，且空間光調制器和第一物鏡共軸布置。
7、旋轉掩膜尺寸與空間光調制器感光尺寸一致，旋轉掩膜被劃分為四個子區域，其中僅一個子區域具有透光性，其余子區域的透光率≤0.01%，近似為0；空間光調制器的調制面被劃分為四個調制區域，四個調制區域與旋轉掩膜的四個子區域在空間上一一對應。
8、旋轉掩膜被劃分為2×2個子區域，以旋轉掩膜的幾何中心(即圓心)為基準，通過兩條相互垂直的直線，將旋轉掩膜等分為四個面積相等的子區域。
9、散射介質設置在第一物鏡的焦平面前；光電探測器設置在管透鏡的焦平面上，且光電探測器和管透鏡共軸布置。。
10、第一物鏡與第二物鏡共軛，且第一物鏡和第二物鏡共軸布置，第一物鏡和第二物鏡的焦點重合；第二物鏡與管透鏡共軛，且第二物鏡和管透鏡共軸布置，第二物鏡和管透鏡的焦點重合。
11、空間光調制器為全相位空間光調制器、鐵電液晶二值化相位型空間光調制器或數字微鏡中的一種；光電探測器為光電倍增管、雪崩光電二極管或硅基光電探測器中的一種。
12、二、基于空間分割復用的波前整形系統的波前整形方法
13、波前整形方法包括以下步驟：
14、s1、激光光源發射光束，通過第一擴束鏡擴束后進入空間光調制器。
15、s2、通過控制單元配置旋轉掩膜的旋轉周期，使其與空間光調制器的刷新周期相協調；
16、具體地，配置旋轉掩膜的旋轉周期，使旋轉掩膜完成360°旋轉的周期時間不超過空間光調制器的刷新周期時間，在旋轉掩膜的一個完整旋轉周期內，各個子區域依次轉入光路。
17、s3、在空間光調制器的一個刷新周期內，控制單元驅動旋轉掩膜旋轉，使四個子區域依次轉入光路，對于每一個轉入光路的子區域，通過與該子區域對應的調制區域對光束波前(相位或者振幅)進行調制，調制后的光束經傳輸后由光電探測器采集，并轉換得到一組電信號，從而依次得到四組電信號，并傳輸至控制單元；
18、具體地，在空間光調制器的一個刷新周期內，控制單元驅動旋轉掩膜旋轉，使得四個子區域依次轉入光路，對于每一個轉入光路的子區域，通過空間光調制器中與該子區域對應的調制區域對光束波前(相位或者振幅)進行調制，調制后的光束依次經過第二擴束鏡、第一物鏡、散射介質、第二物鏡、管透鏡后由光電探測器采集，并轉換得到相應的一組電信號，從而依次得到四組電信號，并傳輸至控制單元。
19、s4、后控制單元依次利用波前整形算法對得到的四組電信號進行處理，分別得到四組初步校正波前參數，初步校正波前參數具體為相位或者振幅的參數；步驟s4中，波前整形算法為傳輸矩陣算法、遺傳算法或相干光學自適應技術中的一種。
20、s5、移除旋轉掩膜，使得四個子區域的光束都被光電探測器采集。依次對四組初步校正波前進行波前匹配，得到一個完整的校正波前(相位或者振幅)，最終的完整波前作為空間光調制器中的調制信號。并將分別四組最終的校正波前(相位或者振幅)作為空間光調制器中四個調制區域新的調制信號；步驟s5中，波前匹配為保持一個子區域的振幅波前分布不變，依次對其它三個子區域的振幅波前分布參數進行反轉，并基于光電探測器的信號進行迭代優化，以最大化該子區域的光強信號。
21、本發明可以實現光透過散射介質之后的精確聚焦，可以在相同的校正時間下，實現更高的光強增益。
22、本發明具有的有益效果是：
23、傳統波前整形方法受限于空間光調制器的分區數目，對于強散射介質，校正時間長，校正光斑的信噪比較低。本發明通過利用旋轉掩膜，在同一個空間光調制器周期內，可以采集四組子區域的反饋調制信號，實現反饋信號的空間復用，大大提高了信號的校正效果。
1.一種基于空間分割復用的波前整形系統，其特征在于：
2.根據權利要求1所述的一種基于空間分割復用的波前整形系統，其特征在于：
3.根據權利要求1所述的一種基于空間分割復用的波前整形系統，其特征在于：
4.根據權利要求3所述的一種基于空間分割復用的波前整形系統，其特征在于：
5.根據權利要求1所述的一種基于空間分割復用的波前整形系統，其特征在于：
6.根據權利要求1所述的一種基于空間分割復用的波前整形系統，其特征在于：
7.根據權利要求1所述的一種基于空間分割復用的波前整形系統，其特征在于：
8.一種如權利要求1-7任一所述的基于空間分割復用的波前整形系統的波前整形方法，其特征在于，方法包括以下步驟：
9.根據權利要求8所述的波前整形方法，其特征在于，所述步驟s2-s3具體為：
10.根據權利要求9所述的波前整形方法，其特征在于：