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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。

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（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.pdf

http://www.rayscience.com/Wavefront/1-%20piston%20measurement%20full%20text.pdf

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SID4

HIGH RESOLUTION WAVEFRONT SENSOR | 400-1100 nm

SID4 UV

COST-EFFECTIVE UV WAVEFRONT SENSOR | High resolution (62 500 phase pixels)

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