四波剪切干涉波前傳感器

隨著光波波前探測(cè)技術(shù)的發(fā)展，各種波前傳感器應(yīng)運(yùn)而生，從測(cè)量原理上可以分成兩類(lèi)：一類(lèi)是根據(jù)幾何光學(xué)原理，測(cè)定波前幾何象差或面形誤差；另一類(lèi)是基于干涉測(cè)量原理，探測(cè)波前不同部分的干涉性，來(lái)獲取波前信息，主要有剪切干涉儀波前傳感器和相位獲取傳感器等。波前傳感器用于波前信息探測(cè)，光束質(zhì)量評(píng)價(jià)，光學(xué)元件檢測(cè)和激光大氣通信及人眼像差測(cè)量等各個(gè)領(lǐng)域，也廣泛地應(yīng)用于自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)之中。

法國(guó)PhasicsSID4系列波前傳感器

                  -----四波橫向剪切干涉波前傳感器

產(chǎn)品介紹：法國(guó)PHASICS 的波前分析儀，基于其波前測(cè)量——四波橫向剪切干涉技術(shù)（4-Wave Lateral Shearing Interferometry）。作為夏克-哈特曼技術(shù)的改進(jìn)型，這種的技術(shù)將超高分辨率和超大動(dòng)態(tài)范圍結(jié)合在一起。任何應(yīng)用下，其都能實(shí)現(xiàn)全面、簡(jiǎn)便、快速的測(cè)量。

主要應(yīng)用領(lǐng)域：

1.       激光光束參數(shù)測(cè)量：相位（2D/3D），M2，束腰位置，直徑，澤尼克/勒讓德系數(shù)

2.       自適應(yīng)光學(xué)：焦斑優(yōu)化，光束整形

3.       元器件表面質(zhì)量分析：表面質(zhì)量（RMS，PtV，WFE），曲率半徑

4.       光學(xué)系統(tǒng)質(zhì)量分析：MTF, PSF, EFL, 澤尼克系數(shù), 光學(xué)鏡頭/系統(tǒng)質(zhì)量控制

5.       熱成像分析，等離子體特征分析

6.       生物應(yīng)用：蛋白質(zhì)等組織定量相位成像

產(chǎn)品特點(diǎn)：

1.       高分辨率：最多采樣點(diǎn)可達(dá)120000個(gè)

2.       可直接測(cè)量：消色差設(shè)計(jì)，測(cè)量前無(wú)需再次對(duì)波長(zhǎng)校準(zhǔn)

3.       消色差：干涉和衍射對(duì)波長(zhǎng)相消

4.       高動(dòng)態(tài)范圍：高達(dá)500μm

5.       防震設(shè)計(jì)，內(nèi)部光柵橫向剪切干涉，對(duì)實(shí)驗(yàn)條件要求簡(jiǎn)單，無(wú)需隔震平臺(tái)也可測(cè)試

型號(hào)參數(shù)：

SID4全系列產(chǎn)品照片

四波橫向剪切干涉技術(shù)背景介紹

Phasics四波橫向剪切干涉：當(dāng)待測(cè)波前經(jīng)過(guò)波前分析儀時(shí)，光波通過(guò)特制光柵（圖1）后得到一個(gè)與其自身有一定橫向位移的復(fù)制光束，此復(fù)制光波與待測(cè)光波發(fā)生干涉，形成橫向剪切干涉，兩者重合部位出現(xiàn)干涉條紋（圖2）。被測(cè)波前可能為平面波或者匯聚波，對(duì)于平面橫向剪切干涉，為被測(cè)波前在其自身平面內(nèi)發(fā)生微小位移發(fā)生微小位移產(chǎn)生一個(gè)復(fù)制光波；而對(duì)于匯聚橫向剪切干涉，復(fù)制光波由匯聚波繞其曲率中心轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生。干涉條紋中包含有原始波前的差分信息，通過(guò)特定的分析和定量計(jì)算梳理（反傅里葉變換）可以再現(xiàn)原始波前（圖3）。

圖1、特制二維相位延遲光柵

圖2.干涉原理示意圖

圖3. 波前相位重構(gòu)示意圖

技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1.          高采樣點(diǎn)：

高達(dá)400*300個(gè)采樣點(diǎn)，具備強(qiáng)大的局部畸變測(cè)試能力，降低測(cè)量不準(zhǔn)確性和噪聲；同時(shí)得到高精度強(qiáng)度分布圖。

2.       消色差：

干涉和衍射相結(jié)合抵消了波長(zhǎng)因子，干涉條紋間距與光柵間距相等。適應(yīng)于不多波長(zhǎng)光學(xué)測(cè)量且不需要重復(fù)校準(zhǔn)，

3.       可直接測(cè)量高動(dòng)態(tài)范圍波前：

可見(jiàn)光波段可達(dá)500μm的高動(dòng)態(tài)范圍；可測(cè)試離焦量，大相差，非球面和復(fù)曲面等測(cè)。

  應(yīng)用方向：

1.       激光光束測(cè)量

可以實(shí)時(shí)測(cè)量強(qiáng)度相位（2D/3D）信息，通過(guò)single shot就可以得到，Zernike/Legendre系數(shù)，遠(yuǎn)場(chǎng)，光束參數(shù)，光束形狀M2等，非常適合于脈沖激光器的光束參數(shù)表征。

2光學(xué)鏡頭測(cè)量

Phasics波前傳感器可對(duì)光學(xué)系統(tǒng)和元器件進(jìn)行透射和反射式測(cè)量，專(zhuān)業(yè)Kaleo軟件可分析PSF,MTF等

 圖4、透射式和反射式測(cè)量

3.光學(xué)整形：

利用Phasics波前傳感器檢測(cè)到精確的波前畸變信息，反饋給波前校正系統(tǒng)以補(bǔ)償待測(cè)波前的畸變，從而得到目標(biāo)波前相位分布和光束形狀。右圖上為把一束RMS=1.48λ的會(huì)聚光矯正為RMS=0.02λ的準(zhǔn)平面波；右圖下為把分散焦點(diǎn)光斑矯正為準(zhǔn)高斯光束。高頻率大氣湍流自適應(yīng)需要配合高頻波前分析儀。

圖5、激光器光斑整形

4.光學(xué)表面測(cè)量：

  Phasics的SID4軟件可以直接測(cè)量PtV, RMS, WFE和曲率半徑等，可直接進(jìn)行自我校準(zhǔn)，兩次測(cè)量相位作差等。非常方便應(yīng)用于平面球面等形貌測(cè)量。部分測(cè)量光路如下圖所示

圖6、光學(xué)元件表面測(cè)量

5.等離子體測(cè)量

法國(guó)Phasics公司SID4系列等離子體分析儀(Plasma Diagnosis)是一款便攜式、高靈敏度、高精度的等離子體分析儀器。該產(chǎn)品可實(shí)時(shí)檢測(cè)激光產(chǎn)生的等離子體的電子密度、模式及傳播方式。監(jiān)測(cè)等離子體的產(chǎn)生、擴(kuò)散過(guò)程，以及等離子體的品質(zhì)因數(shù)。更好地為客戶(hù)在噴嘴設(shè)計(jì)、激光脈沖的照度、氣壓、均勻性等方面提供優(yōu)化的數(shù)據(jù)支持。

圖7、等離子體電子密度診斷光路圖

圖8、等離子體電子密度隨時(shí)間演化