瞬态激光波前的斜入射点衍射干涉测量理论及技术研究

Instantaneous wavefront sensing is vital for spatial diagnosis of laser beam in the areas such as astronomy, high-power laser and optometry. Point-diffraction interferometry (PDI), which needs no the reference mirror in the interferometer,is an attractive tool for the accurate determination of the instantaneous wavefront. In this proposal, the oblique-incidence polarization PDI and carrier-frequency PDI techniques are presented. In the polarization PDI, the problem to generate reference wavefront with specified polarization direction would be solved by using the thin film PDI plate with isotropic material, presenting a new method for accurate determination of instantaneous wavefront. In carrier-frequency PDI, the difficulty to adjust the fringe contrast would be overcome by changing the polarization direction of the oblique incident light of the PDI plate, providing a new idea for improving the working wavelength range of the PDI.

在天文光学、强激光及视光学等领域中，捕获瞬态波前是激光束空间参数诊断的重要环节。点衍射干涉测量方法具有无需参考镜的特点，是实现高精度瞬态波前测量的有效手段。本申请研究“斜入射偏振点衍射干涉”和“斜入射载频点衍射干涉”两种新型的瞬态波前调制解调理论及技术。通过光束斜入射至各向同性材料制作的薄膜点衍射板，解决偏振点衍射干涉中特定偏振态参考波前不易形成的问题，为实现瞬态波前的高精度检测提供新的方法。通过改变斜入射至点衍射板的波前偏振态，解决载频点衍射干涉中对比度不易调节的问题，为增大点衍射干涉仪工作波长范围提供新的思路。

瞬态波前检测是天文光学、强激光及视光学等领域中激光束空间参数诊断的重要环节。点衍射干涉测量方法无需参考镜，采用小孔衍射标准球面波作为参考波前，能够实现高精度瞬态波前测量。针对偏振点衍射干涉中特定偏振态参考波前不易形成的问题，以及载频点衍射干涉中对比度不易调节的问题，本项目激光瞬态波前的斜入射点衍射干涉测量理论与技术，研究了“斜入射偏振点衍射干涉”和“斜入射载频点衍射干涉”两种新型的瞬态波前调制解调理论及技术，实现了峰谷值优于1/10波长瞬态波前的测量。通过光束斜入射至各向同性材料制作的薄膜点衍射板，解决了偏振点衍射干涉中特定偏振态参考波前不易形成的问题，为实现瞬态波前的高精度检测提供了新方法。通过改变斜入射至点衍射板的波前偏振态，解决了载频点衍射干涉中对比度不易调节的问题，为增大点衍射干涉仪工作波长范围提供了新思路。经理论优化和实验设计，研制了一套斜入射偏振点衍射干涉原理样机，实现波面峰谷值测量精度为1/10波长（波长为532nm）。研制了一套载频点衍射干涉测量原理样机，波面峰谷值测量精度为1/6波长（工作波长范围为400nm-700nm）。本项目的研究成果可以为激光波前瞬态检测提供理论依据和实验思路。