波前分析仪波前传感器剪切干涉仪 Phasics--瞬渺光电

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随着光波波前探测技术的发展，各种波前传感器应运而生，从测量原理上可以分成两类：一类是根据几何光学原理，测定波前几何象差或面形误差；另一类是基于干涉测量原理，探测波前不同部分的干涉性，来获取波前信息，主要有剪切干涉仪波前传感器和相位获取传感器等。波前传感器用于波前信息探测，光束质量评价，光学元件检测和激光大气通信及人眼像差测量等各个领域，也广泛地应用于自适应光学系统之中。

法国PhasicsSID4系列波前传感器

-----四波横向剪切干涉波前传感器

产品介绍：法国PHASICS 的波前分析仪（上海瞬渺光电代理），基于其波前测量专利——四波横向剪切干涉技术（4-Wave Lateral Shearing Interferometry）。作为夏克-哈特曼技术的改进型，这种独特的专利技术将超高分辨率和超大动态范围完美结合在一起。任何应用下，其都能实现全面、简便、快速的测量。

主要应用领域：

1. 激光光束参数测量：相位（2D/3D），M2，束腰位置，直径，泽尼克/勒让德系数

2. 自适应光学：焦斑优化，光束整形

3. 元器件表面质量分析：表面质量（RMS，PtV，WFE），曲率半径

4. 光学系统质量分析：MTF, PSF, EFL, 泽尼克系数, 光学镜头/系统质量控制

5. 热成像分析，等离子体特征分析

6. 生物应用：蛋白质等组织定量相位成像

产品特点：

1. 高分辨率：最多采样点可达120000个

2. 可直接测量：消色差设计，测量前无需再次对波长校准

3. 消色差：干涉和衍射对波长相消

4. 高动态范围：高达500μm

5. 防震设计，内部光栅横向剪切干涉，对实验条件要求简单，无需隔震平台也可测试

型号参数：

型号	SID4	SID4-HR	SID4-DWIR	SID4-SWIR	SID4-NIR	SID4-UV
孔径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
采样点	160 × 120	400 × 300	160 × 120	80 × 64	160 × 120	250 × 250
波长	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
动态范围	> 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
灵敏度	< 2 nm RMS	< 2 nm RMS	< 25 nm RMS	<3/1nm RMS	< 11 nm RMS	2 nm RMS
采样频率	> 60 fps	> 10 fps	> 50 fps	25-60 fps	60 fps	30 fps
处理频率	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

四波横向剪切干涉技术背景介绍

Phasics四波横向剪切干涉（上海瞬渺光电代理）：当待测波前经过波前分析仪时，光波通过特制光栅（图1）后得到一个与其自身有一定横向位移的复制光束，此复制光波与待测光波发生干涉，形成横向剪切干涉，两者重合部位出现干涉条纹（图2）。被测波前可能为平面波或者汇聚波，对于平面横向剪切干涉，为被测波前在其自身平面内发生微小位移发生微小位移产生一个复制光波；而对于汇聚横向剪切干涉，复制光波由汇聚波绕其曲率中心转动产生。干涉条纹中包含有原始波前的差分信息，通过特定的分析和定量计算梳理（反傅里叶变换）可以再现原始波前（图3）。

图1.特制光栅图2.几何光学描述波前畸变

图3. 波前相位重构示意图

技术优势

1. 高采样点：

高达400*300个采样点，具备强大的局部畸变测试能力，降低测量不准确性和噪声；同时得到高精度强度分布图。

2. 消色差：

干涉和衍射相结合抵消了波长因子，干涉条纹间距与光栅间距完全相等。适应于不多波长光学测量且不需要重复校准，

3. 可直接测量高动态范围波前：

可见光波段可达500μm的高动态范围；可测试离焦量，大相差，非球面和复曲面等测。

应用方向：

1. 激光光束测量

可以实时测量强度相位（2D/3D）信息，Zernike/Legendre系数，远场，光束参数，光束形状M2等。

2光学测量

Phasics波前传感器可对光学系统和元器件进行透射和反射式测量，专业Kaleo软件可分析PSF,MTF等

光学测量透射式和反射式测量

3.光学整形：

利用Phasics波前传感器检测到精确的波前畸变信息，反馈给波前校正系统以补偿待测波前的畸变，从而得到目标波前相位分布和光束形状。右图上为把一束RMS=1.48λ的会聚光矫正为RMS=0.02λ的准平面波；右图下为把分散焦点光斑矫正为准高斯光束。高频率大气湍流自适应需要配合高频波前分析仪。

4.光学表面测量：

Phasics的SID4软件可以直接测量PtV, RMS, WFE和曲率半径等，可直接进行自我校准，两次测量相位作差等。非常方便应用于平面球面等形貌测量。部分测量光路如右图所示

5.等离子体测量

法国Phasics公司SID4系列等离子体分析仪(Plasma Diagnosis)是一款便携式、高灵敏度、高精度的等离子体分析仪器。该产品可实时检测激光产生的等离子体的电子密度、模式及传播方式。监测等离子体的产生、扩散过程，以及等离子体的品质因数。更好地为客户在喷嘴设计、激光脉冲的照度、气压、均匀性等方面提供优化的数据支持。

附：夏克哈特曼和四波横向剪切干涉波前分析仪对比表

	Phasics剪切干涉	夏克哈特曼	区别
技术	四波侧向剪切干涉	夏克-哈特曼	PHASICS SID4是对夏克-哈特曼技术的改进，投放市场时，已经申请技术专利，全球售出超过500个探测器。
重建方式	傅里叶变换	分区方法（直接数值积分）或模式法（多项式拟合）	夏克-哈特曼波前探测器，以微透镜单元区域的平均值来近似。对于大孔径的透镜单元，可能会增加信号误差，在某些情况，产生严重影响。在分区方法中，边界条件很重要。
光强度	由于采用傅里叶变换方法，测量对强度变化不敏感	由于需要测量焦点位置，测量对强度变化灵敏	关于测量精度，波前测量不依赖于光强度水平
使用、对准方便	界面直观，利用针孔进行对准	安装困难，需要精密的调节台	SID4 产品使用方便
取样（测量点）	SID4-HR达300*400测量点	128*128测量点（微透镜阵列）	SID4-HR具有很高的分辨率。这使得测量结果更可靠，也更稳定
数值孔径	SID4 HR NA：0.5	0.1	SID4-HR动态范围更高
空间分辨率	29.6μm	>100μm	SID4-HR空间分辨率更好
灵敏度	2nmRMS	约λ/100	SID4-HR具有更好的灵敏度