| seanopturn | 2013-03-26 10:11 |
夏克哈特曼波前探测器的使用方法及特点 优点： 快速测量波前，对振动不敏感 较大的动态范围，可用于直接测量某些非球面，特别适合光学系统初期装调 缺点： 空间分辨率依赖于微透镜阵列，远比干涉仪低 其特性强烈依赖于软件功能 应用 准分子、YAG等激光器的光束诊断 光学元件变形测量 大型非球面反射镜和光学系统像差测量 湍流环境下光学系统像差测量 夏克哈特曼波前传感器主要由微透镜阵列和高速CCD组成，结构如图1所示。探测波面经微透镜阵列分束并聚焦到CCD焦面上，经过质心计算及波前重构算法可以得到探测波面。该方法与传统哈特曼法相比有以下几个特点: 1.在入射到CCD探测面之前的波前是经过准直的近似平面波，即不管是汇聚波前还是发散波前，在到达探测面之前必须经过准直。 2.每一束光线都经过微透镜聚焦，增加了光斑的亮度，提高了光能的利用率。 3.可以很方便地对正、负屈光度元件进行探测和测量。  图1 夏克哈特曼测量原理 入射波面到达微透镜阵列后进行光线分束，每个细光束经微透镜聚焦到各自的焦面CCD上并形成光斑阵列。入射波面是理想波前即平行波时，CCD得到的光斑阵列是同微透镜阵列完全对应的规则光斑阵列，如图1(左)所示;若入射波面含有波前畸变，则焦面CCD上得到的光斑将偏离理想位置，形成不规则的光斑阵列，如图1(右)所示。这些散乱光斑与理想位置的偏离量包含了波面的畸变信息，通过计算这些散乱光斑的质心位置偏离理想位置的大小并运用波前重构算法可将入射波前重构出来。 另外，在利用夏克哈特曼传感器测量波前时，探测器摆放的位置也是一个重要的测量因素。很多时候，我们无法获得一个完美的平面波。近似平面波在空间传递过程中，会将波前含带的相差进行扩散（如图2）。此时，如果将传感器放在不同的位置上，就会获得不同的测量结果，而且越靠近光束边缘，相差变化越为剧烈，造成测量的不准确性。  图2 波相差随空间传播改变 为了避免上述情形的发生，我们需要引入一个具有成实像的望远系统（如图3）。利用该系统的成像，可以将被测的平面波在出射之后就被成像到紧靠探测器微透镜阵列前方位置。（也可以认为将微透镜阵列成像到平面波出射位置。）这样就可以在被测波面传递之前就被传感器捕获。同时，该望远系统也可以在被测波面与探测器尺寸不一致的情况下，充当扩（缩）束系统。完成全口径测量的目的。由此看来，选择适当的夏克哈特曼传感器的口径和微透镜阵列个数也是在购买和使用探测器之前要做的必要功课。  图3 夏克哈特曼传感器测量中望远系统的使用
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