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 SID4系列波前分析儀（屹持代理zhuanli號(hào)CN200780005898），基于其波前測(cè)量zhuanli——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zhuanli技術(shù)將高分辨率和大動(dòng)態(tài)范圍很好地結(jié)合在一起。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：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-HR | SID4- UV |
孔徑 | 3.6 × 4.8 mm2 | 8.9 × 11.8 mm2 | 13.44 × 10.08 mm2 | 9.6 × 7.68 mm2 | 3.6 × 4.8 mm2 | 13.6 ×10.96 mm2 | 8.0 × 8.0 mm2 |
空間分辨率 | 29.6 μm | 29.6 μm | 68 μm | 120 μm | 29.6 μm | 40 μm | 32 μm |
采樣點(diǎn)/測(cè)量點(diǎn) | 160 × 120 | 400 × 300 | 160 × 120 | 80 × 64 | 160 × 120 | 345 × 275 | 250 × 250 |
波長(zhǎng) | 400nm~1100nm | 400nm~1100nm | 3~5μm,8~14 μm | 0.9 ~ 1.7 μm | 1.5 ~ 1.6 μm | 190 ~ 400 nm | 250 ~ 400 nm |
動(dòng)態(tài)范圍 | > 100 μm | > 500 μm | N/A | ~ 100 μm | > 100 μm | > 200 μm | > 200 μm |
精度 | 10 nm RMS | 15 nm RMS | 75 nm RMS | 10 nm RMS | > 15 nm RMS | 10 nm RMS | 10 nm |
靈敏度 | < 2 nm RMS | < 2 nm RMS | < 25 nm RMS | 3nm RMS(高增益） <1nmRMS(低增益） | < 11 nm RMS | 1nm RMS@250nm,2μJ/cm2 | 0.5 nm |
采樣頻率 | > 60 fps | > 10 fps | > 50 fps | 25/30/50/60 fps | 60 fps | 30 fps | 30 fps |
處理頻率 | 10 Hz (高分辨率) | 3 Hz (高分辨率) | 20 Hz | > 10 Hz (高分辨率） | 10 Hz | > 3 Hz (高分辨率） | 1 Hz |
尺寸 | 54×46×75.3mm | 54×46×79mm | 85×116×179mm | 50×50×90mm | 44×33×57.5mm | 51 × 51 × 76 mm | 95×105×84mm |
重量 | 250 g | 250 g | 1.6 kg | 300 g | 250 g | 300 g | 900 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（屹持代理）：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
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(jiàn)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)。
圖4.測(cè)試對(duì)比圖 圖5. 消色差 圖6.高動(dòng)態(tài)范圍測(cè)量
應(yīng)用方向：1. 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)zhuanli，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 |
