四波橫向剪切干涉技術(shù)

時(shí)間：2022-08-03作者：深圳維爾克斯光電有限公司瀏覽：426

篇文章主要介紹了的PHASICS公司的**技術(shù)——波前測(cè)量。PHASICS提供所有級(jí)別的集成，從單一的波前傳感器到模塊，再到完整的系統(tǒng)，無(wú)論是干涉儀還是完整的MTF站。

在PHASICS所有的產(chǎn)品中都使用了一種技術(shù)，這就是所謂的四波橫向剪切干涉儀。它是一種衍射光柵和傳感器技術(shù)的結(jié)合。我們使用各種傳感器技術(shù)來(lái)覆蓋從紫外線到遠(yuǎn)紅外線。

四波橫向剪切干涉儀 (QWLSI)的原理

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1)。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)波前在其自身嚴(yán)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)于匯聚橫向剪切千涉，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2，3)。



圖1幾何光學(xué)描述波前畸形

圖2相位重建示意圖



圖3波前相位重構(gòu)原理圖

QWLSI 是Shack-Hartmann 夏克哈特曼波前傳感器和 Fizeau菲索干涉儀技術(shù)的代替品

四波橫向剪切干涉測(cè)量具有納米級(jí)靈敏度和非常高的空間分辨率的光束的相位和強(qiáng)度。這種創(chuàng)新技術(shù)依賴于將入射光束復(fù)制成 4 個(gè)相同波的衍射光柵。傳播幾毫米后，4 個(gè)復(fù)制品重疊并發(fā)生干涉，在探測(cè)器上形成干涉圖。相位梯度被編碼在干涉條紋變形中。

Shack-Hartmann 夏克哈特曼波前傳感器基于 2 個(gè)主要組件：微透鏡陣列和位于微透鏡陣列焦平面的圖像傳感器。Shack-Hartmann 操作原理是跟蹤探測(cè)器上焦點(diǎn)的位置。當(dāng)入射波前是平面時(shí)，所有焦點(diǎn)圖像都位于由小透鏡陣列幾何形狀定義的規(guī)則網(wǎng)格中。一旦波前包含像差，焦點(diǎn)的圖像就會(huì)從它們的初始位置偏移。

Fizeau 干涉儀測(cè)量原理基于干涉儀布置，該布置依賴于參考表面（參考鏡或參考球體）和測(cè)試表面之間的干涉現(xiàn)象。干涉條紋被記錄在探測(cè)器上，表面形狀之間的任何偏差都會(huì)導(dǎo)致條紋失真。然后根據(jù)條紋失真計(jì)算波前。




QWLSI 技術(shù)的開(kāi)發(fā)是為了克服 Shack-Hartmann (SH) 技術(shù)缺乏分辨率的問(wèn)題。它使用智能衍射光柵設(shè)計(jì)，而不是 Hartmann 測(cè)試中使用的孔和 Shack 在 1960 年代提出的微透鏡。

四波橫向剪切干涉儀 (QWLSI) 提供：

-高分辨率：比 Shack-Hartmann 高 4 倍

-檢測(cè)器整個(gè)光譜范圍內(nèi)的無(wú)色度

-大動(dòng)態(tài)允許直接測(cè)量發(fā)散光束

-與經(jīng)典 Fizeau 干涉儀不同，沒(méi)有參考臂

-緊湊和易于實(shí)施



波前傳感測(cè)量技術(shù)比較

Shack-Hartmann 波前傳感器與 Fizeau 干涉法與 QWLSI 波前傳感器



Phasics QWLSI 波前傳感器和Shack-Hartmann 波前傳感器技術(shù)都是集成到相機(jī)里面使用的，QWLSI 波前傳感器較高取樣達(dá)到852×720，消色差僅受檢測(cè)器限制且自我參照對(duì)振動(dòng)不敏感，較大動(dòng)態(tài)范圍可以達(dá)到500um PTV，Phasics QWLSI 波前傳感器的成本相比于其他另外兩種技術(shù)較加經(jīng)濟(jì)。

Phasics SID4系列波前分析儀的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)

四波橫向剪切干涉儀 (QWLSI)有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。其中**個(gè)是分辨率高。因此，與Shack Hartmann波前傳感器相比，我們只需要4乘4的相機(jī)像素來(lái)獲得一個(gè)相位測(cè)量像素，這使我們能夠獲得典型的高分辨率。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。




Phasics SID4的CCD是640×480，分辨率為160×120，分辨率是CCD的四分之一。而Shack Hartmann擁有同樣的CCD，但它的分辨率只有32×32與Phasics SID4的分辨率相差4-5倍。Phasics SID4的像素比Shack Hartmann清晰許多。

*二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是消色差。你可以在這個(gè)傳感器的所有檢測(cè)范圍內(nèi)使用波前傳感器進(jìn)行波前測(cè)量，具有相同的精度，而不需要重新校準(zhǔn)。這都是由于我們的技術(shù)是衍射法和干涉法的結(jié)合。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)。



*三個(gè)優(yōu)勢(shì)是大動(dòng)態(tài)范圍的測(cè)量能力。因此，例如，使用我們的傳感器，你通?？梢詼y(cè)量高達(dá)500微米的峰谷像差--如果你真的聚焦，例如。這也使我們的系統(tǒng)能夠直接在發(fā)散光束上工作，而不僅僅是準(zhǔn)直光束。這對(duì)于表征透鏡部件和透鏡組件特別有用。可見(jiàn)光波段可達(dá)500um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)。測(cè)試時(shí)可以簡(jiǎn)單擺放波前分析儀，*額外的鏡頭，不會(huì)引起附加畸變。

















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