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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:一類是根據(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。
-----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(上海瞬渺光電代理),基于其波前測(cè)量專利——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,這種獨(dú)特的專利技術(shù)將超高分辨率和超大動(dòng)態(tài)范圍完美結(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):
型號(hào) |
SID4 |
SID4-HR | SID4-DWIR | SID4-SWIR | SID4-NIR | SID4-UV |
孔徑mm |
3.6 × 4.8 |
8.9 × 11.8 |
13.44 × 10.08 |
9.6 × 7.68 |
3.6 × 4.8 |
7.4 × 7.4 |
分辨率μm |
29.6 |
29.6 |
68 |
120 μ |
29.6 |
29.6 |
采樣點(diǎn) |
160 × 120 |
400 × 300 |
160 × 120 |
80 × 64 |
160 × 120 |
250 × 250 |
波長(zhǎng) |
400 -1100 nm |
400 - 1100 nm |
3 ~ 5 μm , 8 ~ 14 μm |
0.9 ~ 1.7 μm |
1.5 ~ 1.6 μm |
250 ~ 450 nm |
動(dòng)態(tài)范圍 |
> 100 μm |
> 500 μm |
N/A |
~ 100 μm |
> 100 μm |
> 200 μm |
精度 |
10 nm RMS |
15 nm RMS |
75 nm RMS |
10 nm RMS |
> 15 nm RMS |
20 nm RMS |
靈敏度 |
< 2 nm RMS |
< 2 nm RMS |
< 25 nm RMS |
<3/1nm RMS |
< 11 nm RMS |
2 nm RMS |
采樣頻率 |
> 60 fps |
> 10 fps |
> 50 fps |
25-60 fps |
60 fps |
30 fps |
處理頻率 |
10 Hz |
3 Hz |
20 Hz |
> 10 Hz |
10 Hz |
> 2 Hz |
尺寸mm |
54 × 46 × 75.3 |
54 × 46 × 79 |
85 × 116 × 179 |
50 × 50 × 90 |
44 × 33 × 57.5 |
53 × 63 × 83 |
重量 |
250 g |
250 g |
1.6 kg |
300 g |
250 g |
450 g |
四波橫向剪切干涉技術(shù)背景介紹
Phasics四波橫向剪切干涉(上海瞬渺光電代理):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.特制光柵 圖2.幾何光學(xué)描述波前畸變
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完全相等。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,Zernike/Legendre系數(shù),遠(yuǎn)場(chǎng),光束參數(shù),光束形狀M2等。
2光學(xué)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,專業(yè)Kaleo軟件可分析PSF,MTF等
光學(xué)測(cè)量 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。
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)量光路如右圖所示
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。
附:夏克哈特曼和四波橫向剪切干涉波前分析儀對(duì)比表
|
Phasics剪切干涉 |
夏克哈特曼 |
區(qū)別 |
技術(shù) |
四波側(cè)向剪切干涉 |
夏克-哈特曼 |
PHASICS SID4是對(duì)夏克-哈特曼技術(shù)的改進(jìn),投放市場(chǎng)時(shí),已經(jīng)申請(qǐng)技術(shù)專利,全球售出超過(guò)500個(gè)探測(cè)器。 |
重建方式 |
傅里葉變換 |
分區(qū)方法(直接數(shù)值積分)或模式法(多項(xiàng)式擬合) |
夏克-哈特曼波前探測(cè)器,以微透鏡單元區(qū)域的平均值來(lái)近似。對(duì)于大孔徑的透鏡單元,可能會(huì)增加信號(hào)誤差,在某些情況,產(chǎn)生嚴(yán)重影響。在分區(qū)方法中,邊界條件很重要。 |
光強(qiáng)度 |
由于采用傅里葉變換方法,測(cè)量對(duì)強(qiáng)度變化不敏感 |
由于需要測(cè)量焦點(diǎn)位置,測(cè)量對(duì)強(qiáng)度變化靈敏 |
關(guān)于測(cè)量精度,波前測(cè)量不依賴于光強(qiáng)度水平 |
使用、對(duì)準(zhǔn)方便 |
界面直觀,利用針孔進(jìn)行對(duì)準(zhǔn) |
安裝困難,需要精密的調(diào)節(jié)臺(tái) |
SID4 產(chǎn)品使用方便 |
取樣(測(cè)量點(diǎn)) |
SID4-HR達(dá)300*400測(cè)量點(diǎn) |
128*128測(cè)量點(diǎn)(微透鏡陣列) |
SID4-HR具有很高的分辨率。這使得測(cè)量結(jié)果更可靠,也更穩(wěn)定 |
數(shù)值孔徑 |
SID4 HR NA:0.5 |
0.1 |
SID4-HR動(dòng)態(tài)范圍更高 |
空間分辨率 |
29.6μm |
>100μm |
SID4-HR空間分辨率更好 |
靈敏度 |
2nmRMS |
約λ/100 |
SID4-HR具有更好的靈敏度 |
相關(guān)文獻(xiàn)下載:
http://www.rayscience.com/Wavefront/橫向剪切干涉的波前重構(gòu)新方法.pdfhttp://www.rayscience.com/Wavefront/用哈特曼法研究自由旋渦氣動(dòng)窗口光束質(zhì)量.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/基于數(shù)字閃耀光柵的位相全息圖光電再現(xiàn)優(yōu)化.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/剪切干涉儀與Hartmann的波前復(fù)原比較.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/SID4.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/SID4-HR.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/SID4%20UV-HR.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/SID4%20NIR.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/SID4%20DWIR.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/sh%20oc%20222%20primot%202003.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/rsi%2075-12%20wattellier%202004.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/Programmable_High_Resolution_Broadband_Pulse_Shaping_Using_a_2-D_VIPA-Grating_Pulse_Shaper_with_a_Li.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/phasics-spie%20cardiff%202008.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/optical-metrology.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/ol%20bwattellier%202002.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/ol%2030-3%20velghe%202005.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/ol%2029-21-2004%20bw.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/OJ091230000492nUqWtZ.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/lunwen.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/lsi%20josaa%201995%20primot.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/laser-metrology.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/JournalPhysics.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/josab%202003.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/infrared.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/haidarSanDiego%202008.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/bio-medical.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/ao%20primot%202000.pdf
http://hk.rayscience.com/uploadfile/2018/0621/20180621033549106.png
http://hk.rayscience.com/uploadfile/2018/0621/20180621033549897.png
http://www.rayscience.com/Wavefront/adaptive-optics.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/8-%20boucher%20spie%20glasgow%202008.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/4-%20iol%20measurement%20phasics%20ocs2008.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/26124203-1457w-.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/2011_SPIE_Orlando_PHASICS.pdf