作为生活中最常见的液体,液态水在学术研究中具有重要的地位。但由于水对太赫兹辐射具有极大的吸收系数,长期以来它并不被视为一种合适的太赫兹辐射源。不过近年来已经有研究团队在实验上证实了飞秒激光激励液态水产生太赫兹波的可行性,并且针对这一现象机制的相关理论模型也已被提出。由此可见,对该领域的现有研究成果进行总结,对水乃至其他液体作为辐射源产生太赫兹波的研究是具有重要意义的。对液态水中太赫兹波产生这一研究领域近些年的发展进行概述,包括两种不同的液态水辐射源系统方案的实验设计、与产生的太赫兹波能量有关的因素、相关理论模型的设计思路。最后结合自身理解与当前的研究成果,对这一领域的未来发展方向进行展望。

高功率激光器的建造需要大量的高精度光学平板,其波前检测一般采用相移干涉技术。由于测试光在光学平板内的多次反射,存在由寄生干涉导致的死条纹现象。死条纹会在波前检测结果中引入周期性相位噪声,极大降低了波前检测结果的置信度。针对该问题,提出了一种基于小波变换的降噪方法,可根据死条纹噪声特征对波前检测结果进行降噪,不需要额外硬件或调整测试状态。实验结果表明,该方法可以有效滤除死条纹引入的相位噪声,且能很好地保留加工特征。

针对大口径非球面透镜透射波前检测,提出了采用计算全息元件(CGH)作为光路相位补偿元件进行检测的方法。大口径非球面透镜透射波前通常采用球面干涉仪进行检测,为了达到零位检测的目的,在光路中往往需要加入相位补偿元件以补偿高阶像差(HOA)。传统的折射式相位补偿元件的精度溯源比较困难,导致检测数据缺乏可信度。将CGH作为相位补偿元件可达到零位检测的目的。针对大口径非球面透镜的透射波前检测,设计并加工了相应的CGH作为相位补偿元件,并与传统的折射式补偿元件进行了对比测试。测试结果表明:两种相位补偿方法的测试数据具有良好的一致性,峰谷(PV)值的差值为0.034λ(λ为检测光的波长),均方根(RMS)值的差值为0.006λ,因此CGH作为相位补偿元件具有相当高的测试精度。

为实现大口径光学元件波前功率谱密度(PSD)的高精度、低成本检测,提出了一种将干涉与拼接技术结合的检测方法。推导了波前PSD的计算方法,提出了基于相关匹配的子孔径拼接算法,分析了拼接干涉检测的误差来源。对拼接检测算法进行了仿真验证,结果表明,拼接检测的波前畸变峰谷值(d_pv)与PSD的均方根值(P_RMS)的相对偏差分别为1.2%和0.1%。采用口径为620 mm×450 mm光学元件开展了5次拼接检测实验,比较了拼接检测与全口径直接检测结果,两者分布一致, d_pv偏差不大于0.012λ(λ=632.8 nm),P_RMS偏差不大于0.03 nm,表明该算法稳定可靠,可实现大口径光学元件波前PSD的拼接检测。

为了高精度地检测长焦透镜的透射波前, 提出了在Zygo干涉仪的平面光路中加入一个二元衍射元件提供参考波前的计算全息法(CGH)。介绍了计算全息法检测长焦透镜透射波前的理论, 设计并研制了高精度计算全息板, 并将其用于大口径长焦距透镜透射波前检测。理论分析和实际检测结果表明: 该方法系统误差小, 测量重复性精度优于0.004 λ(2σ RMS), 与常规的菲索干涉法测量球面透镜透射波前得到的结果一致, 从而验证了提出测量方法的可靠性。最后, 详细分析了二元衍射元件的制造误差对透射波前检测的影响, 得到测量误差(PV)小于λ/10。文中的结果表明提出的计算全息法可有效缩短光路, 提高测量精度, 对长焦透镜波前检测有重要的应用价值。

使用高精度数字应力仪测量光学玻璃的应力双折射，给出整体应力分布及大小。实验表明温度及重力对材料/玻璃的应力双折射分布和大小有非常明显的影响，相对初始测量结果，应力双折射最大值减少了83%，均方根（RMS）值减少了87%；且在温度趋于稳定时，重力的作用使得材料应力双折射的最大值增大了68%，RMS值增大了90%。对光学材料/玻璃应力双折射的高精度数字化检测对于光学加工和使用具有重要的指导意义。

提出了一种基于两平板绝对检验的迭代面形恢复算法。算法基于两平板互检方法，通过分别翻转和旋转其中一块平板，获得4次两两测量结果。对测量得到的4个结果数据进行翻转和旋转逆操作，直接推导出三个面形与测量结果及相互之间的关系公式。设置初始面形，逐次迭代逼近4次测量结果。实验表明，该方法仅需要50次以内迭代，即可得到偏差小于0.1 nm均方根值的绝对面形。详细分析了实验过程中的各项误差来源，并对每项误差进行了定量计算，获得总的测量误差为1.417 nm。

提出了一种大口径干涉仪标准镜绝对面形精度的传递方法，在已知一台干涉仪参考镜绝对面形的前提下，可向待测标准镜进行精度传递。由于检测温度与使用温度的不同，待测标准镜在另一台干涉仪作参考镜时，绝对面形会发生变化，变化集中在离焦量上; 在待测标准镜使用状态下，通过对经典三板互检法得到的竖直方向直线绝对面形的分析，得到标准镜使用状态离焦量的估计，以此修正直接精度传递结果，最终得到待测标准镜使用状态下的绝对面形。比较同一块光学元件在两台干涉仪上标定前和标定后的测量结果，标定后的面形差值更小且分布一致性更好，证明了本方法的有效性和可行性。

为了获得连续相位板(CPP)焦斑的外形尺寸，提出一种焦斑边缘轮廓的提取方法。连续相位板焦斑图像内部梯度起伏较大，直接应用传统边缘检测方法，易形成内部伪边缘。通过对焦斑图像依次作梯度处理、阈值分割、空间扫描和椭圆拟合，可以有效地获取焦斑边缘轮廓。比较了分别采用Laplace,Sobel,Krisch,Log算子进行梯度处理的提取结果，结果表明: 采用Krisch算子，焦斑边缘轮廓提取的结果更稳定可靠。比较了阈值分割时不同阈值情况下的提取结果，表明阈值选取在背景梯度均值的110倍至180倍时，焦斑边缘轮廓提取结果比较可靠。

KDP晶体的折射率不均匀性将导致光束的空间分布存在不同程度的相位失配，从而使得三倍频系统的转换效率下降。为了得到KDP晶体折射率非均匀性的高精度检测结果，基于正交偏振干涉法，采用ZYGO MST大口径干涉仪，测量得到了大口径KDP晶体折射率非均匀性分布，其测量精度达到10-7，并通过实验研究了晶体面形对测量结果的影响。对晶体e光折射率非均匀性的高精度检测，为大口径晶体材料生长工艺、加工工艺等改进和提高提供了定量的检测依据。