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隨著光波波前探測(cè)技術(shù)的發(fā)展，各種波前傳感器應(yīng)運(yùn)而生，從測(cè)量原理上可以分成兩類：一類是根據(jù)幾何光學(xué)原理，測(cè)定波前幾何象差或面形誤差；另一類是基于干涉測(cè)量原理，探測(cè)波前不同部分的干涉性，來(lái)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(cè)，光束質(zhì)量評(píng)價(jià)，光學(xué)元件檢測(cè)和激光大氣通信及人眼像差測(cè)量等各個(gè)領(lǐng)域，也廣泛地應(yīng)用于自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)之中。

法國(guó)PhasicsSID4系列波前傳感器

-----四波橫向剪切干涉波前傳感器

產(chǎn)品介紹：法國(guó)PHASICS 的波前分析儀（上海瞬渺光電代理），基于其波前測(cè)量專利——四波橫向剪切干涉技術(shù)（4-Wave Lateral Shearing Interferometry）。作為夏克-哈特曼技術(shù)的改進(jìn)型，這種獨(dú)特的專利技術(shù)將超高分辨率和超大動(dòng)態(tài)范圍完美結(jié)合在一起。任何應(yīng)用下，其都能實(shí)現(xiàn)全面、簡(jiǎn)便、快速的測(cè)量。

主要應(yīng)用領(lǐng)域：

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

2. 自適應(yīng)光學(xué)：焦斑優(yōu)化，光束整形

3. 元器件表面質(zhì)量分析：表面質(zhì)量（RMS，PtV，WFE），曲率半徑

4. 光學(xué)系統(tǒng)質(zhì)量分析：MTF, PSF, EFL, 澤尼克系數(shù), 光學(xué)鏡頭/系統(tǒng)質(zhì)量控制

5. 熱成像分析，等離子體特征分析

6. 生物應(yīng)用：蛋白質(zhì)等組織定量相位成像

產(chǎn)品特點(diǎn)：

1. 高分辨率：最多采樣點(diǎn)可達(dá)120000個(gè)

2. 可直接測(cè)量：消色差設(shè)計(jì)，測(cè)量前無(wú)需再次對(duì)波長(zhǎng)校準(zhǔn)

3. 消色差：干涉和衍射對(duì)波長(zhǎng)相消

4. 高動(dòng)態(tài)范圍：高達(dá)500μm

5. 防震設(shè)計(jì)，內(nèi)部光柵橫向剪切干涉，對(duì)實(shí)驗(yàn)條件要求簡(jiǎn)單，無(wú)需隔震平臺(tái)也可測(cè)試

型號(hào)參數(shù)：

型號(hào)	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(diǎn)	160 × 120	400 × 300	160 × 120	80 × 64	160 × 120	250 × 250
波長(zhǎng)	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(dòng)態(tài)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(shù)背景介紹

Phasics四波橫向剪切干涉（上海瞬渺光電代理）：當(dāng)待測(cè)波前經(jīng)過(guò)波前分析儀時(shí)，光波通過(guò)特制光柵（圖1）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）。

圖1.特制光柵圖2.幾何光學(xué)描述波前畸變

圖3. 波前相位重構(gòu)示意圖

技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1. 高采樣點(diǎn)：

高達(dá)400*300個(gè)采樣點(diǎn)，具備強(qiáng)大的局部畸變測(cè)試能力，降低測(cè)量不準(zhǔn)確性和噪聲；同時(shí)得到高精度強(qiáng)度分布圖。

2. 消色差：

干涉和衍射相結(jié)合抵消了波長(zhǎng)因子，干涉條紋間距與光柵間距完全相等。適應(yīng)于不多波長(zhǎng)光學(xué)測(cè)量且不需要重復(fù)校準(zhǔn)，

3. 可直接測(cè)量高動(dòng)態(tài)范圍波前：

可見光波段可達(dá)500μm的高動(dòng)態(tài)范圍；可測(cè)試離焦量，大相差，非球面和復(fù)曲面等測(cè)。

應(yīng)用方向：

1. 激光光束測(cè)量

可以實(shí)時(shí)測(cè)量強(qiáng)度相位（2D/3D）信息，Zernike/Legendre系數(shù)，遠(yuǎn)場(chǎng)，光束參數(shù)，光束形狀M2等。

2光學(xué)測(cè)量

Phasics波前傳感器可對(duì)光學(xué)系統(tǒng)和元器件進(jìn)行透射和反射式測(cè)量，專業(yè)Kaleo軟件可分析PSF,MTF等

光學(xué)測(cè)量透射式和反射式測(cè)量

3.光學(xué)整形：

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，從而得到目標(biāo)波前相位分布和光束形狀。右圖上為把一束RMS=1.48λ的會(huì)聚光矯正為RMS=0.02λ的準(zhǔn)平面波；右圖下為把分散焦點(diǎn)光斑矯正為準(zhǔn)高斯光束。高頻率大氣湍流自適應(yīng)需要配合高頻波前分析儀。

4.光學(xué)表面測(cè)量：

Phasics的SID4軟件可以直接測(cè)量PtV, RMS, WFE和曲率半徑等，可直接進(jìn)行自我校準(zhǔn)，兩次測(cè)量相位作差等。非常方便應(yīng)用于平面球面等形貌測(cè)量。部分測(cè)量光路如右圖所示

5.等離子體測(cè)量

法國(guó)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(chǎn)品可實(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。監(jiān)測(cè)等離子體的產(chǎn)生、擴(kuò)散過(guò)程，以及等離子體的品質(zhì)因數(shù)。更好地為客戶在噴嘴設(shè)計(jì)、激光脈沖的照度、氣壓、均勻性等方面提供優(yōu)化的數(shù)據(jù)支持。

附：夏克哈特曼和四波橫向剪切干涉波前分析儀對(duì)比表

	Phasics剪切干涉	夏克哈特曼	區(qū)別
技術(shù)	四波側(cè)向剪切干涉	夏克-哈特曼	PHASICS SID4是對(duì)夏克-哈特曼技術(shù)的改進(jìn)，投放市場(chǎng)時(shí)，已經(jīng)申請(qǐng)技術(shù)專利，全球售出超過(guò)500個(gè)探測(cè)器。
重建方式	傅里葉變換	分區(qū)方法（直接數(shù)值積分）或模式法（多項(xiàng)式擬合）	夏克-哈特曼波前探測(cè)器，以微透鏡單元區(qū)域的平均值來(lái)近似。對(duì)于大孔徑的透鏡單元，可能會(huì)增加信號(hào)誤差，在某些情況，產(chǎn)生嚴(yán)重影響。在分區(qū)方法中，邊界條件很重要。
光強(qiáng)度	由于采用傅里葉變換方法，測(cè)量對(duì)強(qiáng)度變化不敏感	由于需要測(cè)量焦點(diǎn)位置，測(cè)量對(duì)強(qiáng)度變化靈敏	關(guān)于測(cè)量精度，波前測(cè)量不依賴于光強(qiáng)度水平
使用、對(duì)準(zhǔn)方便	界面直觀，利用針孔進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)	安裝困難，需要精密的調(diào)節(jié)臺(tái)	SID4 產(chǎn)品使用方便
取樣（測(cè)量點(diǎn)）	SID4-HR達(dá)300*400測(cè)量點(diǎn)	128*128測(cè)量點(diǎn)（微透鏡陣列）	SID4-HR具有很高的分辨率。這使得測(cè)量結(jié)果更可靠，也更穩(wěn)定
數(shù)值孔徑	SID4 HR NA：0.5	0.1	SID4-HR動(dòng)態(tài)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(guān)文獻(xiàn)下載:

http://www.rayscience.com/Wavefront/橫向剪切干涉的波前重構(gòu)新方法.pdf

http://www.rayscience.com/Wavefront/1-%20piston%20measurement%20full%20text.pdf

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Phasics 波前探測(cè)器

Kaleo i

The Kaleo-I instrument is especially designed for the quality control of refractive intraocular lens, whether spherical, aspheric, toric or bifocal. It achieves fast and reliable measurements thanks to the integration of our high resolution wavefront sens

Kaleo IR

Phasics bench makes infrared lens quality control very simple. IR MTF is obtained in a single shot at all frequencies with no need for scanning or complex alignment. All wavefront aberrations are also provided with this single acquisition. The Kaleo IR Be

KaleoMTF for R&D

The KaleoMTF bench performs automated off-axis MTF and wavefront error measurements at multiple wavelengths. It also measures aberrations (Zernike coefficients), through focus MTF, distortion, EFL… All results are given in the lens exit pupil for accurate

KaleoMultiWAVE

The Kaleo-MultiWAVE bench is a unique instrument that delivers wavefront error at multiple wavelengths. Optics such as lenses, filters or mirrors can be characterized at their working wavelength. The KaleoMultiWAVE works at different wavelengths to perfor

SID4 Element

ADVANCED ADD-ON | for quantitative phase microscopy

SID4Bio

The SID4Bio is a plug & play camera for quantitative phase imaging. It works with any microscope and enables measuring valuable numerical parameters on live cells.

SID4-sC8

Designed for life science and material inspection microscopes, SID4-sC8 brings fast, accurate and truly quantitative phase measurement in a compact, plug-and-play solution. Biologists will benefit from label-free cell imaging, high sensitivity and automat

SID4 DWIR

Phasics introduces the first off-the-shelf high resolution wave front sensor for dual band infrared from 3 to 5 μm and 8 to 14 μm. The SID4 DWIR measures laser beam at 3.39μm and 10.6μm or source of any wavelength in between 3-5 μm and 8-14 μm such as bla

SID4 LWIR

HIGH RESOLUTION PHASE & INTENSITY | in the far infrared region

SID4-eSWIR

HIGH RESOLUTION EXTENDED SWIR WAVE FRONT SENSOR

SID4 SWIR-HR

HIGH RESOLUTION + HIGH SENSITIVITY | for shortwave infrared

SID4 SWIR

COST-EFFECTIVE | HIGH RESOLUTION + HIGH SENSITIVITY |for shortwave infrared

SID4 NIR

HIGH RESOLUTION PHASE & INTENSITY | at 1.55 μm

SID4 HR

UNRIVALLED HIGH RESOLUTION | 400×300 phase pixels

SID4

HIGH RESOLUTION WAVEFRONT SENSOR | 400-1100 nm

SID4 UV

COST-EFFECTIVE UV WAVEFRONT SENSOR | High resolution (62 500 phase pixels)

SID4 V Vacuum

Phasics is innovating by proposing the first off-the-shelf vacuum compatible wavefront sensor on the market. The SID4 V is designed to perform wavefront measurements under high vacuum. the wavefront measurement is realized in-situ in the same condition as

SID4 UV

COST-EFFECTIVE UV WAVEFRONT SENSOR | High resolution (62 500 phase pixels) Very high resolution – 250×250 phase map High sensitivity – 2 nm RMS Affordable solution for UV wavefront measurement Perfectly adapted for UV optics testing, UV

Kaleo MTF Measurement Station

Phasics innovative solution delivers the most complete lens characterization: off-axis MTF and wavefront error at multiple wavelengths. It benefits from Phasics patented technology to provide accurate results even for large Field of View (FoV). Kaleo MTF

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