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超強激光科學卓越創新簡報

(第六十三期)

2019年12月4日

上海光機所斐波那契光子篩曲率傳感研究取得進展

  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張軍勇課題組利用斐波那契光子篩實現了曲率傳感的單次曝光波前診斷與成像,相關成果發表在[Applied Physics Letters, 115, 234101 (2019)]。 

  近年來自適應光學系統不斷提高對動態實時測量的要求,以更好地適應高能激光、天文觀測、光學通訊等領域。不同于基于波前斜率的波前傳感技術,曲率傳感是波前的二階導數,其與相位分布的聯系滿足泊松方程,而變形鏡的控制信號與變形量關系也恰滿足該方程。利用這一特點,無須經過計算就可通過響應矩陣控制方法實現對曲率型變形鏡的直接操控,縮短了自適應系統的反應時間,提高了自適應系統的在線實時性。 

  波前曲率傳感是通過測量離焦面上的光強分布求得波前的曲率和相位分布。若要實現單次測量,需要同時至少記錄焦平面前后的兩層光強。振幅型斐波那契光子篩具有三維陣列衍射極限焦點功能,通過對待測物體的多重全同拷貝,將沿軸向分布的強度圖映射到徑向方位,單一探測器單次曝光即可實現多個不同傳輸面的同時記錄,這就規避了曲率傳感通常所采用的分時多次曝光。課題組所采用的技術巧妙利用中間的焦平面作為絕對基準定位面,光路結構決定了兩個離焦面的距離恒等,實現了測量面之間的鎖距,解決了離焦面的高精度定位問題。 

  光學段的實驗驗證了所提方法的有效性,這為進一步開展短波段的波前診斷與成像奠定了良好基礎。對于更長的光波而言,可以設計成位相型衍射透鏡,提高衍射效率,增強對弱信號的檢測與成像能力。該項研究得到了國家自然科學基金和中科院青年創新促進會的支持。(高功率激光物理聯合實驗室供稿) 

  原文鏈接

1 基于斐波那契光子篩的多層成像。

2 待測字母“A”的實驗結果,探測器光強記錄(a)與重構位相(b)分布。

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