波前分析儀——四波橫向剪切干涉技術(shù)介紹 phasics SID4系列

更新時(shí)間：2024-01-18 點(diǎn)擊次數(shù)：702

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(tǒng)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(duì)波前質(zhì)量的檢測(cè)是光學(xué)測(cè)量領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，天文、醫(yī)療等多個(gè)領(lǐng)域?qū)Σㄇ皺z測(cè)技術(shù)的要求越來(lái)越高，保證高測(cè)量精度的同時(shí)，還需要實(shí)現(xiàn)瞬態(tài)波前檢測(cè)。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(cè)量精度高，可實(shí)時(shí)檢測(cè)分析波前數(shù)據(jù)。正真意義上滿足了廣大科研用戶(hù)對(duì)高精度波前分析儀的需求。

波前測(cè)試技術(shù)

常用的波前檢測(cè)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(cè)波前的關(guān)鍵器件點(diǎn)陣列板，待測(cè)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(cè)波前信息的測(cè)試光波，兩者發(fā)生干涉，待測(cè)波前的相位分布可以從干涉圖中解調(diào)出來(lái)。點(diǎn)衍射干涉法檢測(cè)波前的精度較高，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，單由于針孔尺寸很小，調(diào)整過(guò)程中，匯聚光波與針孔的對(duì)準(zhǔn)較為困難。

2，夏克-哈特曼波前測(cè)量

夏克-哈特曼波前檢測(cè)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(cè)匯聚光斑的質(zhì)心偏移，得到待測(cè)波前的梯度信息，進(jìn)而重構(gòu)待測(cè)波前。側(cè)方法檢測(cè)精度較高，但受微透鏡尺寸與數(shù)量的限制，采樣點(diǎn)數(shù)相對(duì)較少，空間分辨率不高。

3，剪切干涉波前測(cè)量

剪切干涉波前測(cè)量是將待測(cè)波前和其自身的一個(gè)微小平移進(jìn)行干涉的測(cè)量技術(shù)。由于剪切干涉測(cè)量具有不需要參考波前、采用共光路系統(tǒng)、可抵抗外界擾動(dòng)影響、對(duì)照明光源的相干性和干涉裝置平臺(tái)穩(wěn)定性要求低等特點(diǎn)，既能保證較高的波前檢測(cè)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(cè)中顯示出其優(yōu)勢(shì)。

圖1，波前檢測(cè)方法

四波橫向剪切干涉原理介紹

當(dāng)待測(cè)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(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3，4）。