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隨著光波波前探測技術的發(fā)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(tǒng)之中。
-----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(tài)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(yōu)化,光束整形
3. 元器件表面質量分析:表面質量(RMS,PtV,WFE),曲率半徑
4. 光學系統(tǒng)質量分析:MTF, PSF, EFL, 澤尼克系數, 光學鏡頭/系統(tǒng)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個
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(tài)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(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(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(yōu)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(tài)范圍波前:
可見光波段可達500μm的高動態(tài)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(tǒng)和元器件進行透射和反射式測量,專業(yè)Kaleo軟件可分析PSF,MTF等
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(tǒng)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:
Phasics的SID4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(jiān)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、均勻性等方面提供優(yōu)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(qū)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(qū)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(qū)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(qū)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(jié)臺 |
SID4 產品使用方便 |
取樣(測量點) |
SID4-HR達300*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(wěn)定 |
數值孔徑 |
SID4 HR NA:0.5 |
0.1 |
SID4-HR動態(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 |
相關文獻下載:
http://www.rayscience.com/Wavefront/橫向剪切干涉的波前重構新方法.pdfhttp://www.rayscience.com/Wavefront/用哈特曼法研究自由旋渦氣動窗口光束質量.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/基于數字閃耀光柵的位相全息圖光電再現優(yōu)化.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/剪切干涉儀與Hartmann的波前復原比較.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/SID4.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/SID4-HR.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/SID4%20UV-HR.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/SID4%20NIR.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/SID4%20DWIR.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/sh%20oc%20222%20primot%202003.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/rsi%2075-12%20wattellier%202004.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/Programmable_High_Resolution_Broadband_Pulse_Shaping_Using_a_2-D_VIPA-Grating_Pulse_Shaper_with_a_Li.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/phasics-spie%20cardiff%202008.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/optical-metrology.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/ol%20bwattellier%202002.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/ol%2030-3%20velghe%202005.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/ol%2029-21-2004%20bw.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/OJ091230000492nUqWtZ.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/lunwen.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/lsi%20josaa%201995%20primot.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/laser-metrology.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/JournalPhysics.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/josab%202003.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/infrared.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/haidarSanDiego%202008.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/bio-medical.pdf
http://www.rayscience.com/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.rayscience.com/Wavefront/adaptive-optics.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/8-%20boucher%20spie%20glasgow%202008.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/4-%20iol%20measurement%20phasics%20ocs2008.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/26124203-1457w-.pdf
http://www.rayscience.com/Wavefront/2011_SPIE_Orlando_PHASICS.pdf
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