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隨著光波波前探測技術的發展,各種波前傳感器應運而生,從測量原理上可以分成兩類:一類是根據幾何光學原理,測定波前幾何象差或面形誤差;另一類是基于干涉測量原理,探測波前不同部分的干涉性,來獲取波前信息,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,光束質量評價,光學元件檢測和激光大氣通信及人眼像差測量等各個領域,也廣泛地應用于自適應光學系統之中。

法國PhasicsSID4系列波前傳感器

                  -----四波橫向剪切干涉波前傳感器

產品介紹:法國PHASICS 的波前分析儀(上海瞬渺光電代理),基于其波前測量專利——四波橫向剪切干涉技術(4-Wave Lateral Shearing Interferometry)。作為夏克-哈特曼技術的改進型,這種獨特的專利技術將超高分辨率和超大動態范圍完美結合在一起。任何應用下,其都能實現全面、簡便、快速的測量。

主要應用領域:

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

2.       自適應光學:焦斑優化,光束整形

3.       元器件表面質量分析:表面質量(RMSPtVWFE),曲率半徑

4.       光學系統質量分析:MTF, PSF, EFL, 澤尼克系數, 光學鏡頭/系統質量控制

5.       熱成像分析,等離子體特征分析

6.       生物應用:蛋白質等組織定量相位成像

產品特點:

1.       高分辨率:最多采樣點可達120000

2.       可直接測量:消色差設計,測量前無需再次對波長校準

3.       消色差:干涉和衍射對波長相消

4.       高動態范圍:高達500μm

5.       防震設計,內部光柵橫向剪切干涉,對實驗條件要求簡單,無需隔震平臺也可測試

 型號參數:

型號

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

160 × 120

400 × 300

160 × 120

80 × 64

160 × 120

250 × 250

波長

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

動態范圍

> 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背景介紹

Phasics四波橫向剪切干涉(上海瞬渺光電代理):當待測波前經過波前分析儀時,光波通過特制光柵(圖1)后得到一個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生微小位移發生微小位移產生一個復制光波;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產生。干涉條紋中包含有原始波前的差分信息,通過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)。

  

         圖1.特制光柵                                                                                              圖2.幾何光學描述波前畸變

 

圖3. 波前相位重構示意圖

技術優勢

?

1.       高采樣點:

高達400*300個采樣點,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因子,干涉條紋間距與光柵間距完全相等。適應于不多波長光學測量且不需要重復校準,

3.       可直接測量高動態范圍波前:

可見光波段可達500μm的高動態范圍;可測試離焦量,大相差,非球面和復曲面等測。

  

應用方向:

1.       激光光束測量

可以實時測量強度相位(2D/3D)信息,Zernike/Legendre系數,遠場,光束參數,光束形狀M2等。

    

2光學測量

Phasics波前傳感器可對光學系統和元器件進行透射和反射式測量,專業Kaleo軟件可分析PSF,MTF

                              光學測量                                                                                           透射式和反射式測量


3.
光學整形:

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

   

4.光學表面測量:

  PhasicsSID4軟件可以直接測量PtV, RMS, WFE和曲率半徑等,可直接進行自我校準,兩次測量相位作差等。非常方便應用于平面球面等形貌測量。部分測量光路如右圖所示

5.等離子體測量

法國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。該產品可實時檢測激光產生的等離子體的電子密度、模式及傳播方式。監測等離子體的產生、擴散過程,以及等離子體的品質因數。更好地為客戶在噴嘴設計、激光脈沖的照度、氣壓、均勻性等方面提供最優化的數據支持。

附:夏克哈特曼和四波橫向剪切干涉波前分析儀對比表

Phasics剪切干涉

夏克哈特曼

區別

技術

四波側向剪切干涉

夏克-哈特曼

PHASICS SID4是對夏克-哈特曼技術的改進,投放市場時,已經申請技術專利,全球售出超過500個探測器。

重建方式

傅里葉變換

分區方法(直接數值積分)或模式法(多項式擬合)

夏克-哈特曼波前探測器,以微透鏡單元區域的平均值來近似。對于大孔徑的透鏡單元,可能會增加信號誤差,在某些情況,產生嚴重影響。在分區方法中,邊界條件很重要。

光強度

由于采用傅里葉變換方法,測量對強度變化不敏感

由于需要測量焦點位置,測量對強度變化靈敏

關于測量精度,波前測量不依賴于光強度水平

使用、對準方便

界面直觀,利用針孔進行對準

安裝困難,需要精密的調節臺

SID4 產品使用方便

取樣(測量點)

SID4-HR300*400測量點

128*128測量點(微透鏡陣列)

SID4-HR具有很高的分辨率。這使得測量結果更可靠,也更穩定

數值孔徑

SID4 HR NA0.5

0.1

SID4-HR動態范圍更高

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 

相關文獻下載:

http://www.icukkp.icu/Wavefront/橫向剪切干涉的波前重構新方法.pdf

http://www.icukkp.icu/Wavefront/用哈特曼法研究自由旋渦氣動窗口光束質量.pdf
http://www.icukkp.icu/Wavefront/基于數字閃耀光柵的位相全息圖光電再現優化.pdf
http://www.icukkp.icu/Wavefront/剪切干涉儀與Hartmann的波前復原比較.pdf
http://www.icukkp.icu/Wavefront/SID4.pdf
http://www.icukkp.icu/Wavefront/SID4-HR.pdf
http://www.icukkp.icu/Wavefront/SID4%20UV-HR.pdf
http://www.icukkp.icu/Wavefront/SID4%20NIR.pdf
http://www.icukkp.icu/Wavefront/SID4%20DWIR.pdf
http://www.icukkp.icu/Wavefront/sh%20oc%20222%20primot%202003.pdf
http://www.icukkp.icu/Wavefront/rsi%2075-12%20wattellier%202004.pdf
http://www.icukkp.icu/Wavefront/Programmable_High_Resolution_Broadband_Pulse_Shaping_Using_a_2-D_VIPA-Grating_Pulse_Shaper_with_a_Li.pdf
http://www.icukkp.icu/Wavefront/phasics-spie%20cardiff%202008.pdf
http://www.icukkp.icu/Wavefront/optical-metrology.pdf
http://www.icukkp.icu/Wavefront/ol%20bwattellier%202002.pdf
http://www.icukkp.icu/Wavefront/ol%2030-3%20velghe%202005.pdf
http://www.icukkp.icu/Wavefront/ol%2029-21-2004%20bw.pdf
http://www.icukkp.icu/Wavefront/OJ091230000492nUqWtZ.pdf
http://www.icukkp.icu/Wavefront/lunwen.pdf
http://www.icukkp.icu/Wavefront/lsi%20josaa%201995%20primot.pdf
http://www.icukkp.icu/Wavefront/laser-metrology.pdf
http://www.icukkp.icu/Wavefront/JournalPhysics.pdf
http://www.icukkp.icu/Wavefront/josab%202003.pdf
http://www.icukkp.icu/Wavefront/infrared.pdf
http://www.icukkp.icu/Wavefront/haidarSanDiego%202008.pdf
http://www.icukkp.icu/Wavefront/bio-medical.pdf
http://www.icukkp.icu/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.icukkp.icu/Wavefront/adaptive-optics.pdf
http://www.icukkp.icu/Wavefront/8-%20boucher%20spie%20glasgow%202008.pdf
http://www.icukkp.icu/Wavefront/4-%20iol%20measurement%20phasics%20ocs2008.pdf
http://www.icukkp.icu/Wavefront/26124203-1457w-.pdf
http://www.icukkp.icu/Wavefront/2011_SPIE_Orlando_PHASICS.pdf

http://www.icukkp.icu/Wavefront/1-%20piston%20measurement%20full%20text.pdf            

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