超强激光科学卓越创新简报

(第四百三十九期)

2023年11月1日

上海光机所在单次曝光准相位差波前检测研究方面取得进展

上海光机所高功率激光物理联合实验室提出了一种基于多焦斐波那契波带片的改进型单次曝光准相位差波前传感技术，相关成果发表于Applied Physics Letters。

相位差波前传感器对光学硬件无特殊要求，环境要求低，无需校准，光路紧凑，具有良好的测量精度。作为一类定量波前测量和图像恢复的常用手段，相位差技术已成为自适应和主动光学系统中波前传感器的主要技术之一，可用于望远镜自适应光学系统和大功率激光装置光学检测系统等。传统相位差法的波前检测精度受限于焦面和离焦面的不确定分离距离，且需多次数据采集获得多幅强度分布图，无法实现实时检测。

研究人员改进了传统相位差法，在此基础上提出了一种基于多焦斐波那契波带片的改进型单次曝光准相位差波前传感技术。斐波那契波带片可使焦面和离焦面产生固定间距，因此在给定系统参数的情况下，探测器记录的任意两相邻面之间的分离距离保持不变，这一结果能有效克服不确定分离距离对波前检测精度的影响。实验表明，单个探测器可同时采集包含焦面和离焦面的图像阵列，并将其应用于实时定量波前检测；探测器可放置于非焦面位置，以避免焦平面能量对探测器靶面的损伤，可用于高功率激光装置。单次准相位差法具有装置紧凑、恢复速度快、操作简单、实时性好等优点，可应用于实时波前测量和图像恢复等领域；此外，多焦斐波那契结构在x射线成像和太赫兹探测领域具有巨大应用潜力。

该项研究得到了上海市扬帆计划、国家自然科学基金等项目的支持。

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图1 (a)基于多焦斐波那契波带片的单次准相位差波前传感装置，(b)强度阵列，(c)多焦斐波那契波带片的中心附近区域放大图

图2 实验结果