波前传感器的技术革命——四波剪切干涉技术

摘要：

波前传感器(波前分析仪)是自适应光学系统最重要的组成部件之一，决定了自适应光学系统最终的调制结果。同时波前探测器在激光、天文、显微、眼科等复杂自适应光学系统的波前像差检测，虹膜定位像差引导，大口径高精度光学元器件检测，平行光管/望远镜系统的检测与装调，红外、近红外探测，激光光束性能、波前像差、M^2、强度的检测，高精密光学元器件表面质量的检测等领域发挥着越来越重要的作用。法国PHASICS公司研发团队，突破传统技术的壁垒，成功研发出了世界上分辨率最高的四波剪切干涉技术波前探测器。本文简单介绍了波前传感器的原理和典型应用，以及四波剪切干涉技术原理，比较了剪切干涉技术的波前分析仪与传统哈特曼传感器的特点。

引言：

波前传感器（Wave Front Sensor），按照其技术发展的历史可以分为三个阶段：第一阶段，1900年德国科学家哈特曼采用挖孔的光阑技术制作完成了世界上第一个可以用于检测波前的传感器。第二阶段，1971年R.K.Shack采用为透镜阵列研发成功了精度更高的夏克-哈特曼波前分析仪。2000年法国Phasics研发团队采用四波剪切干涉技术成功研发了基于四波横向剪切干涉技术（4-Wave Lateral Shearing Interferometry），该波前探测器具有高分辨率（400X300）、高动态范围（500 um）、消色差、高灵敏度、高相对精度（2nm RMS）、无需校正、体积小、操作简便等特点。上海昊量光电设备有限公司代理的法国phasics波前相差仪可以实时测量成像系统瞳面波前误差，然后将这些测量数据转换成自适光学系统的控制信号，并对成像系统的光学特性进行实时控制，实时校正入射光束波前变形，从而补偿又大气湍流引起的波前畸变，使物镜得到接近衍射极限的目标像。

四波剪切干涉技术原理：

剪切干涉技术基本原理是将待检测的激光波前分成两束，其中的一束相对于另一束横向产生一些错位，两束错位的光波各自保持完整的待测波前信息，相互叠合后，产生干涉现象，CCD/CMOS相机会接收干涉图样，进行相应的计算分析，从而利用傅立叶变换的相关计算，分析出待测波前的相位分布，以及强度分布等。基于干涉条纹的疏密度敏感于波前的斜率，因此波前传感器在探测波前的偏离范围较传统的哈特曼传感器具有更大的优越性。