大口徑激光束波前在線精密測量技術取得新進展

　　 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利用相干調制成像(CMI)技術實現大口徑激光束波前的在線精密測量，通過片后取樣方式，可同時測量光束遠場和近場的強度和相位。在以色列的國家激光裝置(NLF)上的實測結果表明，該方法近場分辨率為1.5mm，波前測量精度達到十分之一波長，在性能上明顯優于Rochester大學在美國的激光驅動器上所采用的技術。該測量技術的出現對高功率激光驅動器性能的進一步提升具有直接意義。

　　測量激光驅動器的光束質量的傳統方法一般是通過直接測量遠近場強度來實現，由于孔徑大和功率高等原因，測量機構較為復雜，而且由于不能對相位進行測量，所提供的信息量有限。哈特曼傳感器可以在線檢測光束的相位分布，但分辨率過低。為了實現波前相位的精密測量并進而檢測光束的近場和遠場分布，Rochester大學和美國能源部慣性約束聚變辦公室合作，用近十年時間發展出了一套基于傳統CDI (Coherent Diffractive Imaging）方法的測量技術，并進行了175發次的實際打靶試驗，取得了較好的測量效果。但由于該方法需要以哈特曼傳感器測量為基礎，體積過大而限制了其使用范圍。高功率激光物理聯合實驗室采用國際上新出現的CMI技術所研制的測量系統，其核心部分僅僅是一塊“毛玻璃”和一臺CCD，整體尺寸小于15cm×5cm×5cm，可以放置于驅動器的任何位置甚至靶球內部進行測量。該技術不僅可以用于光束波前的在線檢測，理論上還可以用于激光等離子體診斷，是一種通用性較好的檢測技術。

圖1 (a)是正在用于實際測量的系統照片，主要部分僅僅包括一塊隨機相位版和一個CCD，結構非常緊湊。(b)是所測量到的聚焦鏡前面的激光束強度和相位分布。（c）是遠場焦點的強度分布，所有這些測量僅僅通過采集一副衍射強度來實現。

圖2 (a)是一塊USAF 1951分辨率板被放置在光束匯聚透鏡的后表面時，所測量到的近場束強度像，從中可以看出分辨率在1.5mm左右，遠高于哈特曼傳感器的分辨率。(b)和(c)是分別用干涉儀和所研制的測量設備對同一塊光學平板進行測量時所得到的透射函數，對比可以發現二者符合的較好。所研制的測量設備目前所達到的測量精度約為十分之一波長，這對于激光驅動器的在線波前檢測來說已經十分理想。