波前分析仪——四波横向剪切干涉技术介绍 phasics SID4系列-上海屹持光电技术有限公司

背景介绍

光束在生产和传播过程中，光学材料不均匀性、光学元件的加工与装配误差、光学系统相差、大气扰动等因素都会噪声波前畸变，从而降低光束质量。对波前质量的检测是光学测量领域的研究热点。

随着科学技术的发展，军事、天文、医疗等多个领域对波前检测技术的要求越来越高，保证高测量精度的同时，还需要实现瞬态波前检测。屹持光电推出的基于四波横向剪切技术的波前分析仪（波前传感器）测量精度高，可实时检测分析波前数据。正真意义上满足了广大科研用户对高精度波前分析仪的需求。

波前测试技术

常用的波前检测方法主要有点衍射法、夏克-哈特曼和剪切干涉法。如下图1所示。

1，点衍射法

点衍射法检测波前的关键器件点阵列板，待测的汇聚波前经点衍射版上的针孔衍射，产生近似理想的参考球面波，从点衍射板中直接透射的为携带待测波前信息的测试光波，两者发生干涉，待测波前的相位分布可以从干涉图中解调出来。点衍射干涉法检测波前的精度较高，结构较为简单，单由于针孔尺寸很小，调整过程中，汇聚光波与针孔的对准较为困难。

2，夏克-哈特曼波前测量

夏克-哈特曼波前检测的基本过程为入射光波经过微透镜阵列在其焦面处汇聚，通过检测汇聚光斑的质心偏移，得到待测波前的梯度信息，进而重构待测波前。侧方法检测精度较高，但受微透镜尺寸与数量的限制，采样点数相对较少，空间分辨率不高。

3，剪切干涉波前测量

剪切干涉波前测量是将待测波前和其自身的一个微小平移进行干涉的测量技术。由于剪切干涉测量具有不需要参考波前、采用共光路系统、可抵抗外界扰动影响、对照明光源的相干性和干涉装置平台稳定性要求低等特点，既能保证较高的波前检测精度，又能获得较高的空间分辨率，该方法在许多实际波前检测中显示出其特有的优势。

图1，波前检测方法

四波横向剪切干涉原理介绍

当待测波前经过波前分析仪（波前传感器）时，光波通过特制光栅后得到一个与其自身有一定横向位移的复制光束，此复制光波与待测光波发生干涉，形成横向剪切干涉，两者重合部位出现干涉条纹（图2）。被测波前可能为平面波或者汇聚波，对于平面横向剪切干涉，为被测波前在其自身平面内发生微小位移发生微小位移产生一个复制光波；而对于汇聚横向剪切干涉，复制光波由汇聚波绕其曲率中心转动产生。干涉条纹中包含有原始波前的差分信息，通过特定的分析和定量计算梳理（反傅里叶变换）可以再现原始波前（图3，4）。