法國PhasicsSID4係列波前傳(chuan) 感器
-----四波橫向剪切幹涉波前傳(chuan) 感器
產(chan) 品介紹：法國PHASICS 的波前分析儀(yi) （上海屹持光電代理），基於(yu) 其波前測量專(zhuan) 利（專(zhuan) 利號CN200780005898）——四波橫向剪切幹涉技術（4-Wave Lateral Shearing Interferometry）。作為(wei) 夏克-哈特曼技術的改進型，這種獨特的專(zhuan) 利技術將高分辨率和大動態範圍很好地結合在一起。能實現全麵、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/勒讓德係數
2. 自適應光學：焦斑優(you) 化，光束整形
3. 元器件表麵質量分析：表麵質量（RMS，PtV，WFE），曲率半徑
4. 光學係統質量分析：MTF, PSF, EFL, 澤尼克係數, 光學鏡頭/係統質量控製
5. 熱成像分析，等離子體(ti) 特征分析
6. 生物應用：蛋白質等組織定量相位成像
產(chan) 品特點：
1. 高分辨率：采樣點可達120000個(ge)
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：幹涉和衍射對波長相消
4. 高動態範圍：高達500μm
5. 防震設計，內(nei) 部光柵橫向剪切幹涉，對實驗條件要求簡單，無需隔震平台也可測試
型號參數：
型號 | 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/測量點 | 160 × 120 | 400 × 300 | 160 × 120 | 80 × 64 | 160 × 120 | 345 × 275 | 250 × 250 |
波長 | 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 |
動態範圍 | > 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 | 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 |
四波橫向剪切幹涉技術背景介紹
Phasics四波橫向剪切幹涉（上海屹持光電代理）：當待測波前經過波前分析儀(yi) 時，光波通過特製光柵（圖1）後得到一個(ge) 與(yu) 其自身有一定橫向位移的複製光束，此複製光波與(yu) 待測光波發生幹涉，形成橫向剪切幹涉，兩(liang) 者重合部位出現幹涉條紋（圖2）。被測波前可能為(wei) 平麵波或者匯聚波，對於(yu) 平麵橫向剪切幹涉，為(wei) 被測波前在其自身平麵內(nei) 發生微小位移發生微小位移產(chan) 生一個(ge) 複製光波；而對於(yu) 匯聚橫向剪切幹涉，複製光波由匯聚波繞其曲率中心轉動產(chan) 生。幹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（反傅裏葉變換）可以再現原始波前（圖3）。
圖1.特製光柵 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(you) 勢
1. 高采樣點：
高達400*300個(ge) 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：
幹涉和衍射相結合抵消了波長因子，幹涉條紋間距與(yu) 光柵間距完全相等。適應於(yu) 不多波長光學測量且不需要重複校準，
3. 可直接測量高動態範圍波前：
可見光波段可達500μm的高動態範圍；可測試離焦量，大相差，非球麵和複曲麵等測。
圖4.測試對比圖 圖5. 消色差 圖6.高動態範圍測量
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係數，遠場，光束參數，光束形狀M2等。
2光學測量
Phasics波前傳(chuan) 感器可對光學係統和元器件進行透射和反射式測量，專(zhuan) 業(ye) 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(chuan) 感器檢測到精確的波前畸變信息，反饋給波前校正係統以補償(chang) 待測波前的畸變，從(cong) 而得到目標波前相位分布和光束形狀。右圖上為(wei) 把一束RMS=1.48λ的會(hui) 聚光矯正為(wei) RMS=0.02λ的準平麵波；右圖下為(wei) 把分散焦點光斑矯正為(wei) 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(yi) 。
4.光學表麵測量：
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(liang) 次測量相位作差等。非常方便應用於(yu) 平麵球麵等形貌測量。部分測量光路如右圖所示
5.等離子體(ti) 測量
法國Phasics公司SID4係列等離子體(ti) 分析儀(yi) (Plasma Diagnosis)是一款便攜式、高靈敏度、高精度的等離子體(ti) 分析儀(yi) 器。該產(chan) 品可實時檢測激光產(chan) 生的等離子體(ti) 的電子密度、模式及傳(chuan) 播方式。監測等離子體(ti) 的產(chan) 生、擴散過程，以及等離子體(ti) 的品質因數。更好地為(wei) 客戶在噴嘴設計、激光脈衝(chong) 的照度、氣壓、均勻性等方麵提供優(you) 化的數據支持。
附：夏克哈特曼和四波橫向剪切幹涉波前分析儀(yi) 對比表
Phasics剪切幹涉 | 夏克哈特曼 | 區別 | |
技術 | 四波側(ce) 向剪切幹涉 | 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(zhuan) 利，全球售出超過500個(ge) 探測器。 |
重建方式 | 傅裏葉變換 | 分區方法（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，以微透鏡單元區域的平均值來近似。對於(yu) 大孔徑的透鏡單元，可能會(hui) 增加信號誤差，在某些情況，產(chan) 生嚴(yan) 重影響。在分區方法中，邊界條件很重要。 |
光強度 | 由於(yu) 采用傅裏葉變換方法，測量對強度變化不敏感 | 由於(yu) 需要測量焦點位置，測量對強度變化靈敏 | 關(guan) 於(yu) 測量精度，波前測量不依賴於(yu) 光強度水平 |
使用、對準方便 | 界麵直觀，利用針孔進行對準 | 安裝困難，需要精密的調節台 | SID4 產(chan) 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，也更穩定 |
數值孔徑 | SID4 HR NA：0.5 | 0.1 | SID4-HR動態範圍更高 |
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 |
上海屹持光電技術有限公司
