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中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室张军勇课题组利用希腊梯子光子筛实现了强度传输方程的单次曝光波前诊断与成像,相关成果发表在[Optics and Lasers in Engineering, 126, 105898 (2020)]。 

现有探测器只能响应光强变化,无法直测量相位信息。波前信息可以通过干涉技术、相干衍射成像、全息技术、波前传感或强度传输方程等方法获得。前三个方法更适用于高相干光源的应用环境,后两个方法可用于非相干光源,降低了测量技术对光源的相干性要求。就测量光路而言,干涉法难以做到共光路测量。衍射法通过一幅或多幅强度图反演出待测物体的波前信息,光路简单但迭代计算导致实时性较差。哈特曼方法是波前传感的典型代表,已经在诸多工程领域取得非凡成绩,但它更适用于低频信息的获取。强度传输方程同时具备共光路、非迭代重构等特点,尤其非相干光源条件下的波前诊断与成像需求使其成为最优选择之一。 

振幅型希腊梯子光子筛具有三维阵列衍射极限焦点功能,通过对待测物体的多重全同拷贝,将沿轴向分布的强度图映射到径向方位,单一探测器单次曝光即可实现多个不同像面的同时记录,这样就规避了强度传输方程通常所采用的分时多次曝光。光学段的实验验证了所提方法的有效性,同时作了EUV光子筛,这为进一步开展EUV和X射线波段的波前诊断与成像奠定了良好基础。对于更长的光波而言,可以设计成位相型衍射透镜,提高衍射效率,增强对弱信号的检测与成像能力。 

图1.基于振幅型希腊梯子光子筛的强度传输测量光路。

图2.矩形孔的实验结果,振幅(左)与位相(右)分布。
 

该项研究得到国家自然科学基金和中科院青年创新促进会的支持。 

论文:https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2019.105898

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