中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所國家光柵制造與應(yīng)用工程技術(shù)研究中心巴音賀希格和李文昊研究團(tuán)隊(duì)在大口徑光柵衍射波前控制方面取得進(jìn)展。
 

　　衍射光柵可以通過周期性結(jié)構(gòu)來分離復(fù)色光，因此，被廣泛應(yīng)用于光譜分析和波前調(diào)控。其衍射波前誤差會造成高端儀器裝備性能劣化。在慣性約束核聚變中，光柵衍射波前誤差導(dǎo)致激光合束波前畸變，影響超強(qiáng)脈沖激光質(zhì)量；天文光譜儀中，光柵衍射波前誤差會降低光譜分辨率和探測靈敏度；數(shù)控機(jī)床位移測量系統(tǒng)中，光柵衍射波前誤差直接影響位移測量精度。因此，大口徑光柵衍射波前的高精度控制已成為制約高端儀器裝備發(fā)展的核心難題。
 

　　掃描干涉場曝光技術(shù)的突出優(yōu)勢在于干涉條紋相位可實(shí)時主動調(diào)控，能夠制作衍射波前誤差極小的光柵。其原理是由兩束激光在其束腰處疊加，在光柵表面形成毫米口徑的干涉場，工作臺做二維步進(jìn)掃描運(yùn)動進(jìn)行曝光。因此，工作臺位移測量精度直接決定了光柵衍射波前精度。然而，傳統(tǒng)激光干涉測量極易受環(huán)境溫度、濕度和壓強(qiáng)的影響，工作臺的位移測量精度降低。為解決上述問題，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種光柵—激光互補(bǔ)式的工作臺位移測量技術(shù)，在遠(yuǎn)端利用受環(huán)境因素影響小的光柵干涉儀進(jìn)行長距離測量，近端利用激光干涉儀進(jìn)行短距離測量，從而解決工作臺位移測量量程與精度的矛盾問題，工作臺測量重復(fù)性精度達(dá)到±6nm。研究團(tuán)隊(duì)還建立了納米精度干涉場參數(shù)測量系統(tǒng)，通過兩套測量系統(tǒng)可以準(zhǔn)確獲取工作臺的位移誤差和曝光光束相位分布，利用動態(tài)相位控制系統(tǒng)調(diào)制干涉條紋相位分布實(shí)現(xiàn)相鄰干涉條紋的相位精確拼接。這種方式可以補(bǔ)償工作臺運(yùn)動誤差引起的光柵刻線誤差，實(shí)現(xiàn)大口徑光柵的高精度制作。
 

　　該成果以“Controlling the wavefront aberration of a large-aperture and high-precision holographic diffraction grating”為題發(fā)表于國際頂尖光學(xué)期刊《Light: Science & Applications》，李文昊為論文第一作者，巴音賀希格和李文昊為論文通訊作者。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會等相關(guān)項(xiàng)目的支持。該研究為米級口徑、納米級精度光柵的制作提供了創(chuàng)新思路，將進(jìn)一步推動高能激光、高精度光譜儀和超高精度位移測量技術(shù)的發(fā)展。
 

　　研制的大口徑高精度全息光柵結(jié)果(a?口徑為1500?mm?×?420?mm光柵實(shí)物圖，b?掃描干涉場曝光系統(tǒng)原理圖，c?掃描干涉場曝光系統(tǒng)實(shí)物圖，d?光柵衍射波前梯度，e?光柵1級衍射波前，f?光柵刻槽原子力照片，g?光柵刻線誤差及其標(biāo)準(zhǔn)差)