摘 要：
波前傳感器(波前分析儀)是自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)重要的組成部件之一，決定了自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)終的調(diào)制結(jié)果。同時(shí)波前探測器在激光、天文、顯微、眼科等復(fù)雜自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的波前像差檢測，虹膜定位像差引導(dǎo)，大口徑高精度光學(xué)元器件檢測，平行光管/望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的檢測與裝調(diào)，紅外、近紅外探測，激光光束性能、波前像差、m^2、強(qiáng)度的檢測，高精密光學(xué)元器件表面質(zhì)量的檢測等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。法國phasics公司研發(fā)團(tuán)隊(duì)，突破傳統(tǒng)技術(shù)的壁壘，成功研發(fā)出了世界上分辨率的四波剪切干涉技術(shù)波前探測器。本文簡單介紹了波前傳感器的原理和典型應(yīng)用，以及四波剪切干涉技術(shù)原理，比較了剪切干涉技術(shù)的波前分析儀與傳統(tǒng)哈特曼傳感器的特點(diǎn)。
引 言：
波前傳感器（wave front sensor），按照其技術(shù)發(fā)展的歷史可以分為三個階段：階段，1900年德國科學(xué)家哈特曼采用挖孔的光闌技術(shù)制作完成了世界上個可以用于檢測波前的傳感器。第二階段，1971年r.k.shack采用為透鏡陣列研發(fā)成功了精度更高的夏克-哈特曼波前分析儀。2000年法國phasics研發(fā)團(tuán)隊(duì)采用四波剪切干涉技術(shù)成功研發(fā)了基于四波橫向剪切干涉技術(shù)（4-wave lateral shearing interferometry），該波前探測器具有高分辨率（400x300）、高動態(tài)范圍（500 um）、消色差、高靈敏度、高相對精度（2nm rms）、無需校正、體積小、操作簡便等特點(diǎn)。上海昊量光電設(shè)備有限公司代理的法國phasics波前相差儀可以實(shí)時(shí)測量成像系統(tǒng)瞳面波前誤差，然后將這些測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成自適光學(xué)系統(tǒng)的控制信號，并對成像系統(tǒng)的光學(xué)特性進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，實(shí)時(shí)校正入射光束波前變形，從而補(bǔ)償又大氣湍流引起的波前畸變，使物鏡得到接近衍射極限的目標(biāo)像。
四波剪切干涉技術(shù)原理：
剪切干涉技術(shù)基本原理是將待檢測的激光波前分成兩束，其中的一束相對于另一束橫向產(chǎn)生一些錯位，兩束錯位的光波各自保持完整的待測波前信息，相互疊合后，產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，ccd/cmos相機(jī)會接收干涉圖樣，進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算分析，從而利用傅立葉變換的相關(guān)計(jì)算，分析出待測波前的相位分布，以及強(qiáng)度分布等。基于干涉條紋的疏密度敏感于波前的斜率，因此波前傳感器在探測波前的偏離范圍較傳統(tǒng)的哈特曼傳感器具有更大的優(yōu)越性。
波前傳感器的典型應(yīng)用
光在傳輸?shù)倪^程中會經(jīng)過不同的介質(zhì)，不同的介質(zhì)由于其構(gòu)成物質(zhì)的分布不均勻，從而導(dǎo)致光的波前產(chǎn)生各種各樣的變化，自適應(yīng)系統(tǒng)便應(yīng)運(yùn)而生。作為自適應(yīng)系統(tǒng)中重要的一環(huán)，波前傳感器的檢測精度，動態(tài)范圍等等因素，都制約著自適應(yīng)系統(tǒng)終的調(diào)制結(jié)果。由于剪切干涉波前分析儀具有分辨率高，探測精度高，探測速度快，操作簡便，可直接的三維顯示波前畸變的模式等優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)得到了廣泛的使用。
1、自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)實(shí)時(shí)波前探測
在自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中利用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(bǔ)償待測波前的畸變，從而可有效的降低湍流應(yīng)的影響，補(bǔ)償大氣湍流引起的光波相位擾動。
2、激光光束性能、波前像差、m^2、強(qiáng)度等的檢測
激光光束質(zhì)量是激光器的一個重要的技術(shù)指標(biāo)參數(shù)，主要是指光束在傳播中橫截面的場強(qiáng)分布及變化，主要的參量包括：光束直徑，傳播模式，遠(yuǎn)場發(fā)散角，光斑方向漂移等。研究波前相位的畸變是分析激光裝置中腔鏡變形的主要依據(jù)，提高波前性能是提高光束質(zhì)量的重要手段。
波前分析儀可以用于激光波前的檢測，同時(shí)可以得到激光的光強(qiáng)分布和其他的激光光束質(zhì)量參數(shù)，為同時(shí)檢測激光波前和光束質(zhì)量提供了一種高精度，高靈敏度，實(shí)時(shí)3d顯示，簡便可行的新方法。
3、精密光學(xué)元器件檢測
隨著科技的進(jìn)步，人們對精密光學(xué)元器件的生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)要求越來越高，波前探測器能給精密的對光學(xué)元器件進(jìn)行檢測，實(shí)時(shí)得到精確的監(jiān)測數(shù)據(jù)，對于精密光學(xué)元器件的生產(chǎn)無疑產(chǎn)生了一場新的技術(shù)革命。相對于傳統(tǒng)的干涉儀檢測光學(xué)元器件的波前，phasics波前分析儀更適合像差、球差較大的非球面透鏡的檢測。波前分析儀具有無需標(biāo)準(zhǔn)件，體積小，精度高，數(shù)值孔徑大（可達(dá)0.75），等優(yōu)點(diǎn)。上海昊量光電設(shè)備有限公司可根據(jù)客戶的實(shí)際檢測需求，做個性化的波前傳感器檢測方案。
4、激光等離子體檢測分析
法國phasics公司（昊量光電代理）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。該產(chǎn)品基于波前分析的四波剪切干涉技術(shù)，可實(shí)時(shí)檢測激光產(chǎn)生的等離子體的電子密度、模式及傳播方式?？蓪?shí)時(shí)的監(jiān)測等離子體的產(chǎn)生、擴(kuò)散過程，以及等離子體的品質(zhì)因數(shù)?？梢愿玫貫榭蛻粼趪娮煸O(shè)計(jì)、激光脈沖的照度、氣壓、均勻性等方面提供化的數(shù)據(jù)支持。
除此之外，波前分析儀還被廣泛的應(yīng)用于紅外、近紅外探測；平行光管/望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的檢測與裝調(diào)；衛(wèi)星遙感成像、生物成像、熱成像領(lǐng)域；球面、非球面光學(xué)元器件檢測 (平面, 球面, 透鏡)；虹膜定位像差引導(dǎo)；大口徑高精度光學(xué)元器件檢測；激光通信領(lǐng)域；航空航天等領(lǐng)域。
波前探測器產(chǎn)品系列
型號
sid4
sid4 hr
sid4 uv-hr
sid4 nir
sid4 dwir
sid4 swir
孔徑尺寸（mm2）
3.6 x4.8
8.9 x11.8
8.0 x8.0
3.6x4.8
13.44x10.08
9.6x7.68
測量點(diǎn)數(shù)
160x120
300x400
250x250
160x120
96x72
80x64
波長范圍
350-1100 nm
350-1100 nm
190-400 nm
1.5-1.6µm
3-5µm 8-14µm
0.9- 1.7µm
精準(zhǔn)度
10nm rms
10nm rms
10nm rms
>15nm rms
75nm rms
10nm rms
動態(tài)范圍
>100µm
>500µm
>200um
>100µm
/
~100µm