波前分析儀——四波橫向剪切干涉技術(shù)介紹 phasics SID4系列
背景介紹
光束在生產(chǎn)和傳播過(guò)程中,光學(xué)材料不均勻性、光學(xué)元件的加工與裝配誤差、光學(xué)系統相差、大氣擾動(dòng)等因素都會(huì )噪聲波前畸變,從而降低光束質(zhì)量。對波前質(zhì)量的檢測是光學(xué)測量領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,軍事、天文、醫療等多個(gè)領(lǐng)域對波前檢測技術(shù)的要求越來(lái)越高,保證高測量精度的同時(shí),還需要實(shí)現瞬態(tài)波前檢測。屹持光電推出的基于四波橫向剪切技術(shù)的波前分析儀(波前傳感器)測量精度高,可實(shí)時(shí)檢測分析波前數據。正真意義上滿(mǎn)足了廣大科研用戶(hù)對高精度波前分析儀的需求。
波前測試技術(shù)
常用的波前檢測方法主要有點(diǎn)衍射法、夏克-哈特曼和剪切干涉法。如下圖1所示。
1,點(diǎn)衍射法
點(diǎn)衍射法檢測波前的關(guān)鍵器件點(diǎn)陣列板,待測的匯聚波前經(jīng)點(diǎn)衍射版上的針孔衍射,產(chǎn)生近似理想的參考球面波,從點(diǎn)衍射板中直接透射的為攜帶待測波前信息的測試光波,兩者發(fā)生干涉,待測波前的相位分布可以從干涉圖中解調出來(lái)。點(diǎn)衍射干涉法檢測波前的精度較高,結構較為簡(jiǎn)單,單由于針孔尺寸很小,調整過(guò)程中,匯聚光波與針孔的對準較為困難。
2,夏克-哈特曼波前測量
夏克-哈特曼波前檢測的基本過(guò)程為入射光波經(jīng)過(guò)微透鏡陣列在其焦面處匯聚,通過(guò)檢測匯聚光斑的質(zhì)心偏移,得到待測波前的梯度信息,進(jìn)而重構待測波前。側方法檢測精度較高,但受微透鏡尺寸與數量的限制,采樣點(diǎn)數相對較少,空間分辨率不高。
3,剪切干涉波前測量
剪切干涉波前測量是將待測波前和其自身的一個(gè)微小平移進(jìn)行干涉的測量技術(shù)。由于剪切干涉測量具有不需要參考波前、采用共光路系統、可抵抗外界擾動(dòng)影響、對照明光源的相干性和干涉裝置平臺穩定性要求低等特點(diǎn),既能保證較高的波前檢測精度,又能獲得較高的空間分辨率,該方法在許多實(shí)際波前檢測中顯示出其特有的優(yōu)勢。
圖1,波前檢測方法
四波橫向剪切干涉原理介紹
當待測波前經(jīng)過(guò)波前分析儀(波前傳感器)時(shí),光波通過(guò)特制光柵后得到一個(gè)與其自身有一定橫向位移的復制光束,此復制光波與待測光波發(fā)生干涉,形成橫向剪切干涉,兩者重合部位出現干涉條紋(圖2)。被測波前可能為平面波或者匯聚波,對于平面橫向剪切干涉,為被測波前在其自身平面內發(fā)生微小位移發(fā)生微小位移產(chǎn)生一個(gè)復制光波;而對于匯聚橫向剪切干涉,復制光波由匯聚波繞其曲率中心轉動(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算梳理(反傅里葉變換)可以再現原始波前(圖3,4)。
圖2.幾何光學(xué)描述波前畸變
圖3.相位重建示意圖
圖4.波前相位重構原理圖
Physics SID4系列波前分析儀的優(yōu)勢特點(diǎn)
1,高分辨率
高達400*300個(gè)采樣點(diǎn),具備強大的局部畸變測試能力,降低測量不準確性和噪聲;同時(shí)得到高精度強度分布圖。
2,消色差
干涉和衍射相結合抵消了波長(cháng)因子,干涉條紋間距與光柵間距完全相等。適應于不多波長(cháng)光學(xué)測量且不需要重復校準。
3,高動(dòng)態(tài)范圍&可直接測量
可見(jiàn)光波段可達500μm的高動(dòng)態(tài)范圍;可測試離焦量,大相差,非球面和復曲面等測。
測試時(shí)可以簡(jiǎn)單擺放波前分析儀,無(wú)需額外的鏡頭,不會(huì )引起附加畸變。
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