The diagnoses of laser-produced plasma electron density have important significance for inertial confinement fusion, plasma physics, high energy density physics and other relevant fields, especially for measuring electron density distribution information of medium and high-Z material plasma near the critical density surface. With 13.9 nm Ni-like Ag X-ray laser serving as a probe, using double frequency grating shearing interference technique, the electron density distribution of plasma produced by laser irradiating a gold planar target is measured. Clear interference fringe image is obtained. Preliminary deduction of the fringe shows that the maximum density measured is about 1.4 times the critical density. It is found that there are some discrepancies between experimental results and simulation results, which provides a useful reference to the further optimization of the simulation program. The experimental results fully demonstrate that the soft X-ray double frequency grating shearing interference technique is practical to diagnose near-critical-density plasma of medium and high-Z materials, which will have a good application value.

以软X射线双频光栅作为剪切干涉元件, 研究了剪切干涉法在激光等离子体诊断实验中的应用。为提高实验成功率, 研究了双频光栅栅线的平行度及光栅效率。根据软X射线双频光栅栅线平行度与剪切干涉系统的干涉图像的关系, 理论计算得出光栅平行度的指标要求。在全息曝光工艺中, 通过衍射光斑位置检测法和莫尔条纹法确认光栅平行性, 保证光栅平行度达到0.01°。利用合肥国家同步辐射实验室计量站对双频光栅的两组-1级衍射效率进行测试。测试结果显示, 光栅平行性满足系统要求, 光栅的两组-1级衍射效率均达到10%。 软X射线双频光栅剪切干涉实验结果表明, 双频光栅平行度及衍射效率满足激光等离子体诊断实验需求。

提出一种用于在线三维检测的正交双频光栅。光栅在原单频条纹正交方向引入一高频条纹，用于提取调制度信息，完成检测过程中的像素匹配。解决了测量中像素匹配和相位计算对光栅频率要求不同的问题。同时高频条纹的引入不影响低频条纹求解相位，在相位求解过程中无需滤除高频条纹，避免了频谱滤波对相位精度的影响。模拟和实验均验证了所提方法的有效性。

针对传统微分干涉相衬技术对双折射性物体成像会有伪像的问题, 用双频闪耀光栅取代传统微分干涉相衬的分光元件诺曼斯基棱镜, 设计了一种微分干涉相衬方法。对双频闪耀光栅设计, 模拟入射平面波通过它之后的光强分布, 结果表明它能产生两束剪切角很小的光。用双频光栅微分干涉相衬方法对纯相位样品模拟成像, 仿真结果和物体的相位轮廓一致。分析了微分干涉相衬中的相移量和剪切量对成像对比度的影响, 加入相移量会明显提高成像图像的对比度, 而剪切量越小图像对比度越高。

针对在冲击炮轰等快变化过程的傅里叶变换轮廓术测量中,CCD 的拍摄速度低于物体的运动速度导致对动态条纹的时间采样不足,提出了采用双频正弦光栅进行测量的三维轮廓术,以傅里叶轮廓术为基础,利用低频光栅条纹图的截断相位做标记条纹,跟踪锁定高频光栅条纹图的同一级次条纹,利用高频光栅的变形条纹进行动态破裂物体的三维面形重建,有效的解决了在快变化动态过程的三维测量中因时间采样不足和条纹断裂带来的问题,正确的获得了物体的面形分布。计算机模拟实验和对瓷砖破裂过程的实际测量验证了此种方法的正确性。

讨论了用双频光栅方法对包含突变成份的物体产生的变形条纹进行傅里叶变换时，可能会出现频谱混叠问题.推出了低频光栅的频谱f1与高频光栅的频谱f2不相互混叠的条件，分析了探测器非线性会引起同一光栅间频谱发生混叠情况.考虑到通常情况下低频光栅频谱f1与高频光栅频谱f2的混叠起主要作用，因此在该情况下用计算机仿真与实验验证了：当f2<2f1时，f1与f2相互混叠，物体面形难以恢复；当f2>2f1时，f1与f2不相互混叠，物体面形恢复得很好.

为了既可以高精度测量有突变的物体又能达到实时的目的，采用软件VC⁺⁺生成双频光栅的方法，用LCD投影机直接投射到物体表面，只需采集一幅图像经过傅里叶变换便可得到相位差，还原出物体形貌。实验结果表明，该方法简单方便、精度高，可以达到实时的要求，对基于双频光栅的傅里叶变换轮廓术的发展有很大的推动作用。

采用整数倍双频光栅投影的借助低频相位导向的双相位图成整数比例相位展开方法不可避免误差积累传递,由此提出了一种采用非整数倍双频光栅投影的新光学三维传感方法.非整数倍双频光栅条纹投影到物体上,两相位同时分别以特定相位间隔增长,CCD依次获取16帧变形条纹图,通过这16帧条纹图的强度,可有效地分离出两组受物体调制的对应频率变形条纹的截断相位.利用两组截断相位关系,进行绝对相位展开,避免相位展开中误差的传递,较好地重建了被测物体的轮廓.计算机模拟试验结果证实,该方法与采用整数倍双频光栅投影相比,测量高度为105mm的同一不规则物体时,标准偏差由0.821mm降低到0.760mm.