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激光惯性约束聚变(ICF)利用大功率激光将高强度能量均匀地作用于装填D/T燃料的微球靶丸上,实现受控热核聚变反应,为人类提供丰富安全的能源,其中D/T冰层的密度均匀性是实现成功点火的重要参数。为了获得微球靶丸的三维密度场信息,采用干涉方法对携带有微球密度均匀性信息的波前进行检测,以获得微球内的折射率分布,从而为微球靶丸的三维密度场信息检测提供基础。本文提出采用四波横向剪切干涉系统对携带有微球密度均匀性信息的波前进行检测,并设计了衍射场中只有四个级次的随机编码混合光栅。由期望得到的四波前衍射频谱出发,根据夫琅禾费衍射原理并结合光通量约束的随机编码方法得到了由振幅编码光栅和棋盘式相位光栅组成的随机编码混合光栅。与现在常用的分光元件MHM、相位光栅相比,其衍射场中只有等光强的四个级次(±1,±1),体现了随机编码混合光栅在四波横向剪切干涉中的明显优势。分析确定了四波横向剪切干涉系统参数。根据光栅方程建模对四波横向剪切干涉的剪切率进行分析,结果表明剪切率随着待测光束口径的增大而非线性增大,随着光栅栅距的增大非线性地减小,并趋于定值,同时观察距离随着光栅栅距的增大而线性增大,并且待测光束口径越大,线性斜率越大。通过对随机编码混合光栅加工过程中存在的加工误差及实验中振幅编码光栅和相位光栅的对准误差进行分析,得到了相应的容差范围。分析结果表明,当相位光栅的深度刻蚀误差控制在±34.66 nm、侧壁陡直度大于55°,并且实验中振幅编码光栅与相位光栅的对准偏移量控制在3μm以内时,随机编码混合光栅的夫琅禾费衍射光场中其他级次光强与主级次(±1,±1)级相比可以忽略。最后,将加工误差严格控制在容差范围内的随机编码混合光栅放入横向剪切干涉系统中,得到其远场衍射光斑分布和四波横向剪切干涉图。实验结果表明随机编码混合光栅的远场衍射光场中只有(±1,±1)四个级次存在,而且其衍射光强相等；同时,基于随机编码混合光栅的四波横向剪切干涉图条纹稳定,干涉图不随观察距离的变化产生周期性的泰伯效应,可以实现任意畸变的波前检测。