作者:陳昌營(yíng),上海昊量光電設(shè)備有限公司技術(shù)工程師
摘 要:
波前傳感器(波前分析儀)是自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)最重要的組成部件之一,決定了自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)最終的調(diào)制結(jié)果。同時(shí)波前探測(cè)器在激光、天文、顯微、眼科等復(fù)雜自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的波前像差檢測(cè),虹膜定位像差引導(dǎo),大口徑高精度光學(xué)元器件檢測(cè),平行光管/望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的檢測(cè)與裝調(diào),紅外、近紅外探測(cè),激光光束性能、波前像差、M^2、強(qiáng)度的檢測(cè),高精密光學(xué)元器件表面質(zhì)量的檢測(cè)等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。法國(guó)PHASICS公司研發(fā)團(tuán)隊(duì),突破傳統(tǒng)技術(shù)的壁壘,成功研發(fā)出了世界上分辨率最高的四波剪切干涉技術(shù)波前探測(cè)器。本文簡(jiǎn)單介紹了波前傳感器的原理和典型應(yīng)用,以及四波剪切干涉技術(shù)原理,比較了剪切干涉技術(shù)的波前分析儀與傳統(tǒng)哈特曼傳感器的特點(diǎn)。
引 言:
波前傳感器(Wave Front Sensor),按照其技術(shù)發(fā)展的歷史可以分為三個(gè)階段:第一階段,1900年德國(guó)科學(xué)家哈特曼采用挖孔的光闌技術(shù)制作完成了世界上第一個(gè)可以用于檢測(cè)波前的傳感器。第二階段,1971年R.K.Shack采用為透鏡陣列研發(fā)成功了精度更高的夏克-哈特曼波前分析儀。2000年法國(guó)Phasics研發(fā)團(tuán)隊(duì)采用四波剪切干涉技術(shù)成功研發(fā)了基于四波橫向剪切干涉技術(shù)(4-Wave Lateral Shearing Interferometry),該波前探測(cè)器具有高分辨率(400300)、高動(dòng)態(tài)范圍(500 um)、消色差、高靈敏度、高相對(duì)精度(2nm RMS)、無需校正、體積小、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。上海昊量光電設(shè)備有限公司代理的法國(guó)phasics波前相差儀可以實(shí)時(shí)測(cè)量成像系統(tǒng)瞳面波前誤差,然后將這些測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成自適光學(xué)系統(tǒng)的控制信號(hào),并對(duì)成像系統(tǒng)的光學(xué)特性進(jìn)行實(shí)時(shí)控制,實(shí)時(shí)校正入射光束波前變形,從而補(bǔ)償又大氣湍流引起的波前畸變,使物鏡得到接近衍射極限的目標(biāo)像。
四波剪切干涉技術(shù)原理:
剪切干涉技術(shù)基本原理是將待檢測(cè)的激光波前分成兩束,其中的一束相對(duì)于另一束橫向產(chǎn)生一些錯(cuò)位,兩束錯(cuò)位的光波各自保持完整的待測(cè)波前信息,相互疊合后,產(chǎn)生干涉現(xiàn)象,CCD/CMOS相機(jī)會(huì)接收干涉圖樣,進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算分析,從而利用傅立葉變換的相關(guān)計(jì)算,分析出待測(cè)波前的相位分布,以及強(qiáng)度分布等。基于干涉條紋的疏密度敏感于波前的斜率,因此波前傳感器在探測(cè)波前的偏離范圍較傳統(tǒng)的哈特曼傳感器具有更大的優(yōu)越性。
波前傳感器的典型應(yīng)用
光在傳輸?shù)倪^程中會(huì)經(jīng)過不同的介質(zhì),不同的介質(zhì)由于其構(gòu)成物質(zhì)的分布不均勻,從而導(dǎo)致光的波前產(chǎn)生各種各樣的變化,自適應(yīng)系統(tǒng)便應(yīng)運(yùn)而生。作為自適應(yīng)系統(tǒng)中重要的一環(huán),波前傳感器的檢測(cè)精度,動(dòng)態(tài)范圍等等因素,都制約著自適應(yīng)系統(tǒng)最終的調(diào)制結(jié)果。由于剪切干涉波前分析儀具有分辨率高,探測(cè)精度高,探測(cè)速度快,操作簡(jiǎn)便,可直接的三維顯示波前畸變的模式等優(yōu)點(diǎn),目前已經(jīng)得到了廣泛的使用。
1、自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)實(shí)時(shí)波前探測(cè)
在自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中利用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,從而可有效的降低湍流應(yīng)的影響,補(bǔ)償大氣湍流引起的光波相位擾動(dòng)。
2、激光光束性能、波前像差、M2、強(qiáng)度等的檢測(cè)
激光光束質(zhì)量是激光器的一個(gè)重要的技術(shù)指標(biāo)參數(shù),主要是指光束在傳播中橫截面的場(chǎng)強(qiáng)分布及變化,主要的參量包括:光束直徑,傳播模式,遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角,光斑方向漂移等。研究波前相位的畸變是分析激光裝置中腔鏡變形的主要依據(jù),提高波前性能是提高光束質(zhì)量的重要手段。
波前分析儀可以用于激光波前的檢測(cè),同時(shí)可以得到激光的光強(qiáng)分布和其他的激光光束質(zhì)量參數(shù),為同時(shí)檢測(cè)激光波前和光束質(zhì)量提供了一種高精度,高靈敏度,實(shí)時(shí)3D顯示,簡(jiǎn)便可行的新方法。
3、精密光學(xué)元器件檢測(cè)
隨著科技的進(jìn)步,人們對(duì)精密光學(xué)元器件的生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)要求越來越高,波前探測(cè)器能給精密的對(duì)光學(xué)元器件進(jìn)行檢測(cè),實(shí)時(shí)得到精確的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),對(duì)于精密光學(xué)元器件的生產(chǎn)無疑產(chǎn)生了一場(chǎng)新的技術(shù)革命。相對(duì)于傳統(tǒng)的干涉儀檢測(cè)光學(xué)元器件的波前,Phasics波前分析儀更適合像差、球差較大的非球面透鏡的檢測(cè)。波前分析儀具有無需標(biāo)準(zhǔn)件,體積小,精度高,數(shù)值孔徑大(可達(dá)0.75),等優(yōu)點(diǎn)。上海昊量光電設(shè)備有限公司可根據(jù)客戶的實(shí)際檢測(cè)需求,做個(gè)性化的波前傳感器檢測(cè)方案。
4、激光等離子體檢測(cè)分析
法國(guó)Phasics公司(昊量光電代理)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。該產(chǎn)品基于波前分析的四波剪切干涉技術(shù),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??蓪?shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)等離子體的產(chǎn)生、擴(kuò)散過程,以及等離子體的品質(zhì)因數(shù)。可以更好地為客戶在噴嘴設(shè)計(jì)、激光脈沖的照度、氣壓、均勻性等方面提供最優(yōu)化的數(shù)據(jù)支持。
除此之外,波前分析儀還被廣泛的應(yīng)用于紅外、近紅外探測(cè);平行光管/望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的檢測(cè)與裝調(diào);衛(wèi)星遙感成像、生物成像、熱成像領(lǐng)域;球面、非球面光學(xué)元器件檢測(cè) (平面, 球面, 透鏡);虹膜定位像差引導(dǎo);大口徑高精度光學(xué)元器件檢測(cè);激光通信領(lǐng)域;航空航天等領(lǐng)域。
波前探測(cè)器產(chǎn)品系列
文章來自 昊量光電
作者:陳昌營(yíng),上海昊量光電設(shè)備有限公司技術(shù)工程師
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