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超強激光科學卓越創新簡報

(第一百九十八期)

2021年6月10日

上海光機所在自干涉太極光子篩的高精度哈特曼波前傳感方面取得新進展

  中國科學院上海光學精密機械研究所高功率激光物理聯合實驗室在古希臘梯子光子篩的基礎上,發展了另一類多焦的自干涉太極光子篩,實現了更高精度的哈特曼波前傳感,相關成果發表于《工程光學與激光》(Optics and lasers in Engineering)。

  基于波前斜率的哈特曼波前傳感技術已廣泛應用于各類波前測量領域,如天文學、人眼、大型激光裝置、激光加工、自適應光學等。盡管諸多技術能夠實現高精度的相位測量,但在實際工況條件下,目前能夠提供給普通客戶且具有高性價比的商用產品僅有哈特曼波前傳感器和橫向剪切干涉波前傳感器。后者采用了自干涉技術,測量精度遠優于哈特曼波前傳感器,缺點是測量口徑無法與哈特曼波前傳感器相比擬。

  哈特曼波前傳感由微透鏡陣列和探測器組成,其測量精度受限于微透鏡尺寸,而探測器記錄焦斑的像素稀疏,這一看似缺點卻為更高精度的哈特曼波前傳感提供了一個改進空間。課題組在前期標準太極光子篩基礎上成功構造了產生多焦斑的自干涉太極光子篩,以此作為陣列透鏡的子單元,使得子透鏡在探測器上投影區內的原有單焦斑演化為多焦斑,擴展利用了探測器像素。圖1和圖2給出了探測器記錄的焦斑陣列以及重構的波前,實驗結果表明,測量精度隨著焦斑數目的增加而提升,其精度提升的理論值為焦斑數目的開平方。這一思想為其它波前傳感測量精度的提升或超分辨測量提供了良好的借鑒意義。

  該項研究得到了國家自然科學基金、中科院青年創新促進會和中科院先導A項目的支持。

  原文鏈接 

圖1 像差小于一個波長的哈特曼波前傳感的對比實驗結果, (a-c)焦斑陣列, (d-f)重構波前, (g-i)殘差

圖2 像差大于一個波長的哈特曼波前傳感的對比實驗結果, (a-c)焦斑陣列, (d-f)重構波前, (g-i)殘差

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