近期，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朱健強研究員與焦兆陽副研究團隊在基于刀口掃描的波前功率譜密度(PSD)測量方面取得進展。團隊提出了一種基于刀口橫向掃描的波前檢測方法，可以實現大口徑光學元件PSD的高效自動檢測。相關成果以“Knife-edge lateral scanning method for automated measurement of wavefront power spectral density”為題，發表于《應用光學》(Applied Optics)。
 

　　高功率激光系統對高精度大口徑光學元件的需求非常大。大口徑元件通常利用數控加工進行制造。然而，現有加工技術如磁流變加工或氣囊拋光通常會引入中高頻誤差。這些加工誤差可能會導致光束散射以及非線性強度調制。PSD是描述元件中高頻誤差的重要指標。目前，PSD測量的主要方法是干涉法。然而，干涉測量對環境穩定性要求較高，且往往需要復雜的光路及調整過程。
 

　　針對這一問題，研究團隊提出利用刀口掃描拼接的方法進行波前PSD測量。刀口法是一種傳統的光學測試方法，最初用于定性測量鏡面像差。該研究通過刀口濾波構建了波前PSD和陰影圖PSD的等價關系，可直接從陰影圖中獲取波前 PSD，無需進行波前重建。它通過掃描拼接消除原刀口法測量過程中刀口干擾條紋的影響，進而放寬了對于刀口切割位置的要求。該方法易于操作、效率高且具有成本效益，因而在光學元件中高頻誤差的在線測量中具有明顯的優勢。本工作對于提高高功率激光系統中光學元件制造和檢測的迭代效率具有重要意義。
 

　　相關研究得到國家自然科學基金等項目的支持。(高功率激光物理聯合實驗室供稿)
 

圖1. (a)刀口橫向掃描法原理示意圖；(b)仿真效果圖。
 

圖2. 空間光調制器加載樣本的一維PSD測量結果。(a)樣本1；(b)樣本2。