法國PhasicsSID4系列波前傳感器
-----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（上海屹持光電代理），基于其波前測量專利（專利號CN200780005898）——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高分辨率和大動態范圍很好地結合在一起。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. 光學系統質量分析：MTF, PSF, EFL, 澤尼克系數, 光學鏡頭/系統質量控制
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：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-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 | 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背景介紹
Phasics四波橫向剪切干涉（上海屹持光電代理）：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生微小位移發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. 可直接測量高動態范圍波前：
可見光波段可達500μm的高動態范圍；可測試離焦量，大相差，非球面和復曲面等測。
圖4.測試對比圖 圖5. 消色差 圖6.高動態范圍測量
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和元器件進行透射和反射式測量，專業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，也更穩定 |
數值孔徑 | SID4 HR NA：0.5 | 0.1 | SID4-HR動態范圍更高 |
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 |
上海屹持光電技術有限公司
