近期，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朱健强研究员与焦兆阳副研究团队在基于刀口扫描的波前功率谱密度（PSD）测量方面取得进展。团队提出了一种基于刀口横向扫描的波前检测方法，可以实现大口径光学元件PSD的高效自动检测。相关成果以“Knife-edge lateral scanning method for automated measurement of wavefront power spectral density”为题，发表于《应用光学》（Applied Optics）。
高功率激光系统对高精度大口径光学元件的需求非常大。大口径元件通常利用数控加工进行制造。然而，现有加工技术如磁流变加工或气囊抛光通常会引入中高频误差。这些加工误差可能会导致光束散射以及非线性强度调制。PSD是描述元件中高频误差的重要指标。目前，PSD测量的主要方法是干涉法。然而，干涉测量对环境稳定性要求较高，且往往需要复杂的光路及调整过程。
针对这一问题，研究团队提出利用刀口扫描拼接的方法进行波前PSD测量。刀口法是一种传统的光学测试方法，最初用于定性测量镜面像差。该研究通过刀口滤波构建了波前PSD和阴影图PSD的等价关系，可直接从阴影图中获取波前 PSD，无需进行波前重建。它通过扫描拼接消除原刀口法测量过程中刀口干扰条纹的影响，进而放宽了对于刀口切割位置的要求。该方法易于操作、效率高且具有成本效益，因而在光学元件中高频误差的在线测量中具有明显的优势。本工作对于提高高功率激光系统中光学元件制造和检测的迭代效率具有重要意义。
相关研究得到国家自然科学基金等项目的支持。
图1. (a)刀口横向扫描法原理示意图；(b)仿真效果图。
图2. 空间光调制器加载样本的一维PSD测量结果。(a)样本1；(b)样本2。
