QWLSI：一种强大的波前技术

 什么是波前传感器？

波前传感器是一种设计用于执行光波前测量的设备。术语“波前传感器”适用于不需要任何参考波束干涉的波前测量仪器，例如 Fizeau 或 Twyman-Green 干涉仪。Shack-Hartmann 和横向剪切干涉测量是用于制造波前传感器的两种主要技术。

波前传感器的应用广泛，如光学测试和对准（表面测量、透射波前误差测量、调制传递函数等）、激光和光学系统的自适应光学鉴定和控制、材料检测以及定量相位成像。大多数与光子学相关的行业都可以从波前传感中受益。

QWLSI，一种独特的且获得专利的波前传感技术

四波横向剪切干涉测量法（QWLSI），也称为改进的Hartmann掩模技术，是一种获得专利的波前传感技术。它以其高空间分辨率、无需中继透镜即可测量发散光束的能力以及消色差率而著称。该技术于2004年由Phasics推出市场，现在因其性能和易于集成而得到国际认可。

波前传感的最新创新：QWLSI是Shack-Hartmann和Fizeau干涉测量的强大替代品

QWLSI技术是为了克服Shack-Hartmann（SH）技术分辨率不足而开发的。与Shack-Hartmann波前传感器不同的是：QWLSI技术使用了智能衍射光栅设计，而不是在Hartmann测试中使用的孔和Shack在二十世纪六十年代提出的微透镜。 四波横向剪切干涉测量法（QWLSI）可提供： 高分辨率：是Shack-Hartmann的4倍 探测器整个光谱范围内的消色差 大动态特性，可直接测量发散光束 与经典的Fizeau干涉测量法不同，没有参考臂 紧凑且易于操作

四波横向剪切干涉测量（QWLSI原理）

四波横向剪切干涉测量法以纳米灵敏度和非常高的空间分辨率测量光束的相位和强度。这项创新技术依赖于衍射光栅，该光栅将入射光束复制为4个相同的波。经过几毫米的传播后，4个复制品重叠并干涉，在探测器上形成干涉图。相位梯度被编码在干涉条纹变形中。

波前传感测量技术比较：Shack-Hartmann vs Fizeau 干涉测量法与 QWLSI

什么是 Shack-Hartmann 波前传感器 （SHWFS）？

Shack-Hartmann 波前传感器基于 2 个主要组件：微透镜阵列和位于微透镜阵列焦平面上的图像传感器。Shack-Hartmann 的工作原理是跟踪探测器上焦点的位置。当入射波前是平面时，所有焦点图像都位于由微透镜阵列几何形状定义的规则网格中。一旦波前包含像差，焦点的图像就会从其初始位置移位。

Shack-Hartmann 技术的优势在于紧凑性和光重建算法，可实现高速波前重建。此外，Shack-Hartmann 是自我参照的，因此对环境扰动不敏感。

Shack-Hartmann波前传感器的局限性与微透镜有关：首先，空间分辨率由微透镜的大小和数量决定（限制为100 x 100个测量点，空间分辨率为数百微米）;其次，微透镜是彩色的，这意味着Shack-Hartmann波前传感器必须在一定的波长下进行优化，这将限制探测器与微透镜之间的距离。当 Shack-Hartmann 波前传感器在不同的波长下使用时，测量的精度会降低。最后，在强烈的波前畸变的情况下，存在焦点最终超出检测器区域（在强曲率的情况下）或与错误的微透镜（串扰）相关的风险，从而导致测量误差。

 

什么是Fizeau干涉仪？

Fizeau干涉仪测量原理基于干涉装置，该干涉装置依赖于1）参考表面（参考镜或参考球）和2）测试表面之间的干涉现象。干涉条纹被记录在检测器上，表面形状之间的任何偏差都会导致条纹的扭曲。根据条纹畸变，然后计算出波前。

Fizeau干涉仪的优点是分辨率非常高，仅受探测器的限制，同时具有极高的波前灵敏度。

Fizeau干涉仪的主要缺点是测量的动态范围有限;对于较大的波前偏离，必须采用拼接方法或计算生成的全息图（CGH）集成。此外，Fizeau干涉仪在测试波长方面缺乏灵活性，因为它仅限于集成激光器。最后，与自参照波前传感器相比，Fizeau干涉仪往往体积更大，对环境更敏感。