隨著高功率雷射裝置的發展，人們對裝置輸出能力和光束質量的要求越來越高，同時也對光場測量提出了新的要求。
目前運用的直接成像法只能在有限固定平面上獲得光束近場和遠場的強度分布；哈特曼傳感器也只能測量低頻波前信息，精密的中高頻波前信息無法獲取；而雷射傳輸過程中，三倍頻損傷、多波長效應等也使傳統的測量方法捉襟見肘。所以一直沒有合適的技術能在線以足夠高的精度同時測量出高功率雷射束的強度和相位，雷射束光場的全面在線檢測一直沒能實現。
高功率雷射物理聯合實驗室基於多年的技術積累，提出一種新的波前測量方法——相干調製成像（CMI）方法。
在原理上不同於現有的測量技術，相干調製成像（CMI）方法利用一塊結構已知、高度隨機分布的相位板對待測波前進行相位調製，由CCD記錄下單幅衍射光斑，然後通過迭代算法對待測光的振幅和相位同時進行重建。重建的思路是：將猜測的入射光場在入射窗面及CCD面之間來回傳輸，並分別在兩個面上對振幅施加約束條件，使計算光場逐步收斂於真實值。那如何確保收斂所得的即為真實的復振幅呢？
圖 CMI法波前測量實物圖
從空域上來看，隨機相位板的強散射作用使待測波前的點與點之間相互關聯，因而待測波前上的些許差異都將在CCD採集的衍射斑中產生很大差別（如下圖所示）。因此通過衍射光斑強度和入射窗面空域的限制，最終計算光場只能收斂於真實光場。
圖 不同入射波前在衍射斑中產生的差異
從頻域上解釋，隨機分布的相位板頻譜較寬，由於其與入射光頻譜的作用為一卷積過程。相位板的頻譜範圍越寬，所能構建的方程就越多，當方程數大於未知數個數（入射光頻譜）時，可求得唯一解。
簡而言之，隨機相位板的強調製作用加強了對現有空域及頻域的限制，增強了對波前的篩選能力，從而能夠獲得真實的振幅和相位。獲得待測波前的真實分布後，便可進一步提取出所需的近遠場強度分布、光束指向、能量聚集度等信息，實現對雷射束的全面診斷。
利用CMI方法研製的儀器具有結構小巧、測量速度快和精度高等諸多優點，可放置於驅動器內任何位置對光束波前進行實時精密檢測。它克服了現有直接成像法和哈特曼傳感器的不足，解決了只能通過幹涉儀離線測量中高空間頻率的難題。目前該方法已成功在XXX國家雷射裝置上進行了實驗驗證，測量出了單次脈衝的近遠場光場分布，實現了500μm的近場解析度。
圖 NLF光場測量結果。(a)近場光強；(b)近場相位；(c)遠場光強；(d)記錄光斑
作為一種新型的波前測量技術，CMI方法同樣適用於光學元件的檢測，添加光源及準直模塊後即能實現幹涉儀的功能，測量精度達到0.05λ。考慮到其較高的測量動態範圍、對環境穩定性要求低、不需要參考光束等特點，該技術在元件測量領域具有很好的發展前景。另外，基於原理性的突破，CMI方法也有望在交叉學科如顯微成像、等離子狀態測量等領域創新應用。
圖 CMI光學元件測量儀器效果圖及測量結果
CMI波前測量儀在國防工程和民用領域有著廣泛的應用前景，並可以打破發達國家在大型光學精密測量儀器領域的技術壟斷。日前該項目榮獲首屆「中國軍民兩用技術創新應用大賽」金獎，並獲得評委會的高度評價。高功率雷射物理聯合室對CMI波前測量儀的未來充滿信心。
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