中國科學院長春光學精密機械與物理研究所巴音賀希格和李文昊團隊，在大口徑光柵衍射波前控制方面取得進展。
衍射光柵可以通過周期性結構來分離復色光，因而被廣泛應用于光譜分析和波前調控。它的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致激光合束波前畸變，影響超強脈沖激光質量；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；數控機床位移測量系統中，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展的難題。
掃描干涉場曝光技術的優勢在于干涉條紋相位可實時主動調控，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，工作臺做二維步進掃描運動進行曝光。因此，工作臺位移測量精度直接決定光柵衍射波前精度。然而，傳統激光干涉測量極易受環境溫度、濕度和壓強的影響，使得工作臺的位移測量精度下降。
為解決上述問題，該團隊提出了光柵-激光互補式的工作臺位移測量技術，在遠端利用受環境因素影響小的光柵干涉儀進行長距離測量，近端利用激光干涉儀進行短距離測量，從而解決工作臺位移測量量程與精度的矛盾，使工作臺測量重復性精度達到±6nm。同時，團隊還建立了納米精度干涉場參數測量系統，通過兩套測量系統可以準確獲取工作臺的位移誤差和曝光光束相位分布，利用動態相位控制系統調制干涉條紋相位分布實現相鄰干涉條紋的相位精確拼接。這種方式可以補償工作臺運動誤差引起的光柵刻線誤差，實現大口徑光柵的高精度制作。
這一研究為米級口徑、納米級精度光柵的制作提供了新思路，有望推動高能激光、高精度光譜儀和超高精度位移測量技術的發展。
相關研究成果以Controlling the wavefront aberration of a large-aperture and high-precision holographic diffraction grating為題，發表在《光：科學與應用》（Light: Science & Applications）上。研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金和中國科學院青年創新促進會會員項目等的支持。
論文鏈接
大口徑高精度全息光柵在多個領域應用廣泛
大口徑高精度全息光柵結果
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