导语：

在光学检测领域，波前传感器的核心“分光元件”直接决定了其精度与稳定性。传统光栅虽能分光，却常伴随杂散衍射、对准困难、调节不灵活等问题。浙江大学杨甬英教授团队推出的随机编码混合光栅（REHG），正是一项突破性的光学编码技术，让波前检测迈入“高精度+高灵活”的新阶段。

一、为什么传统光栅不够“理想”？

在四波前横向剪切干涉系统中，理想的光栅应做到：仅在两正交方向产生±1级衍射光，其余级次尽可能消除。传统光栅（如改进哈特曼模板MHM）因结构固定，不仅存在5、7等高级次衍射，还受Talbot效应限制，只能在特定距离下工作，极大限制了系统的灵敏度与动态范围调节能力。

二、REHG：如何用“随机编码”逼近理想光栅？

REHG的设计灵感来源于一个数学事实：理想光栅的透过率分布可表示为余弦函数的乘积，但其值域包含负数，实际工艺无法实现“负透过率”。

解决方案：将理想光栅分解为“相位光栅” 与“振幅光栅”的组合：

◆ 相位光栅：实现0和π的相位调制，对应透过率的正负符号变化；

◆振幅光栅：通过“网格光通量约束量化编码”，逼近余弦函数的绝对值分布。

关键步骤：

◆网格划分：将光栅周期划分为多个网格；

◆光通量量化：计算每个网格的理想光通量，并量化为有限的透过率等级；

◆随机编码：在每个网格内随机排列透明/不透明像元，使该网格的总透光率匹配量化值。

✅ 这种随机编码方式，不仅能有效抑制固定编码带来的杂散衍射，还避免了周期性Talbot效应，使探测器可在任意距离工作，实现剪切率连续可调。

图 10基于光通量约束的振幅光栅随机编码流程图 (a)理想四波前光栅的振幅透过率分布 (b)振幅编码光栅上单个周期的透过率分布 (c)栅距为100μm随机编码混合光栅上范围内的振幅透过率分布

REHG vs. MHM：衍射效果对比

我们通过数值仿真比较了三种光栅的衍射效果：

结论显而易见：REHG的衍射分布最接近理想光栅，旁瓣强度极低，背景噪声几乎可忽略，系统信噪比显著提升。

图 14三种类型光栅夫琅禾费衍射级次比较 (a1)~(c1) 分别为理想四波前横向剪切光栅、MHM和REHG衍射归一化一维振幅分布 (a2)~(c2) 分别为三种光栅相应的衍射级次示意图

四、为什么说REHG是浙江大学杨甬英教授团队推出的“FIS4高分辨波前传感器”的核心？

1. 高衍射效率：更多光能集中于有用级次，提升信号强度；

2. 无杂散干扰：几乎无旁瓣衍射，保证干涉图对比度稳定；

3. 调节灵活：探测器位置不受限，剪切率可调，适用场景更广；

4. 工艺可行：基于成熟的光刻与离子束刻蚀工艺，可实现批量生产。

结语

REHG不仅是一项光栅技术的突破，更是FIS4高分辨波前传感器实现高精度、高稳定、高适应性的基石。下一期，我们将带你走进FIS4波前传感器的制造流程，看这块“光学芯片”如何从图纸走向实物。

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