近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所高功率激光物理聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)在高功率激光精密計(jì)算光場(chǎng)測(cè)量研究方面取得新進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)將物理光學(xué)成像與計(jì)算光學(xué)成像技術(shù)相結(jié)合，顯著提升了高功率激光計(jì)算光場(chǎng)的測(cè)量精度。相關(guān)成果以“Computational near-field and far-field parameter measurement of high-power lasers using modified coherent modulation imaging”為題，發(fā)表于High Power Laser Science and Engineering。
 

　　高功率激光計(jì)算光場(chǎng)測(cè)量能實(shí)現(xiàn)激光復(fù)振幅(強(qiáng)度和波前/相位)的同時(shí)測(cè)量，并能重建出遠(yuǎn)場(chǎng)不同平面位置處的高動(dòng)態(tài)焦斑分布，對(duì)于物理打靶狀態(tài)的精確分析和高功率激光裝置的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的技術(shù)支撐作用。但現(xiàn)有研究在單次曝光數(shù)據(jù)采集條件下，計(jì)算波前編碼成像在重建大口徑激光光束復(fù)振幅時(shí)存在信噪比不足的問題，導(dǎo)致測(cè)量精度難以滿足實(shí)際激光裝置激光參數(shù)測(cè)量的實(shí)際需求。
 

　　對(duì)此，研究團(tuán)隊(duì)根據(jù)現(xiàn)有裝置的測(cè)量光路參數(shù)，將取樣后的大口徑激光光束直接成像數(shù)據(jù)融合到計(jì)算波前編碼成像過程，并通過改進(jìn)算法有效提升了大口徑激光光束復(fù)振幅重建的信噪比。實(shí)驗(yàn)過程中，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)計(jì)算光場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)靜態(tài)像差進(jìn)行了標(biāo)定，對(duì)大能量的高功率脈沖激光復(fù)振幅光場(chǎng)進(jìn)行了測(cè)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法在近場(chǎng)波前分辨率方面優(yōu)于哈特曼(Hartmann)測(cè)量法，測(cè)量遠(yuǎn)場(chǎng)焦斑所呈現(xiàn)的動(dòng)態(tài)范圍(176 dB)高于傳統(tǒng)直接成像技術(shù)(62 dB)。該研究的方法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高、對(duì)環(huán)境適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)，有望在高能量密度物理等前沿科學(xué)研究、工業(yè)檢測(cè)與智能制造、生物醫(yī)學(xué)與生命科學(xué)等領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用。
 

　　研究工作得到了國家科技重大專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金委員會(huì)、工業(yè)和信息化部、中國科學(xué)院、上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)等項(xiàng)目的支持。
 

圖1 神光II升級(jí)激光裝置中的計(jì)算光場(chǎng)測(cè)量模塊及測(cè)量光路
 

　　圖2 高功率激光(能量8558J，脈寬5 ns)光場(chǎng)在線測(cè)量結(jié)果。(a)計(jì)算成像測(cè)量的近場(chǎng)強(qiáng)度分布；(b)計(jì)算成像測(cè)量的近場(chǎng)相位分布；(c)計(jì)算成像測(cè)量的遠(yuǎn)場(chǎng)焦斑分布；(d)對(duì)應(yīng)(c)中焦斑的環(huán)圍能量曲線；(e)通過CCD直接測(cè)量的近場(chǎng)強(qiáng)度分布；(f)夏克-哈特曼波前傳感器直接記錄的近場(chǎng)相位分布；(g)通過CCD直接記錄的遠(yuǎn)場(chǎng)焦斑分布；(h)對(duì)應(yīng)(g)中焦斑的環(huán)圍能量曲線
 

圖3 通過將重建的復(fù)振幅沿光軸進(jìn)行數(shù)值計(jì)算傳播獲得的焦平面附近焦斑的演化圖像