利用波前傳感器檢測液晶空間光調(diào)制器引入的模擬像差

1夏克-哈特曼波前傳感器

夏克-哈特曼波前傳感器(Shack-Hartmann wavefront sensor, SHWFS)是一種用于測量光波前的光學(xué)裝置，廣泛應(yīng)用于自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)、天文觀測和激光加工等領(lǐng)域。其基本工作原理是通過微透鏡陣列對入射波前進(jìn)行分解，將光波前分成多個小光斑，再通過分析這些光斑的位置偏移來重建波前信息。

UPOLabs研制的夏克-哈特曼波前傳感器頻響特性接近單位均勻響應(yīng)，測量動態(tài)范圍高達(dá)120λ，極大地提高了夏克-哈特曼波前傳感器的測量性能，工作波長可擴(kuò)展至紫外-近紅外光譜測量范圍。其配套的分析軟件具備實(shí)時計(jì)算及顯示波前三維分布、zernike像差系數(shù)、賽德爾像差系數(shù)、斯特列爾比、點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)、線擴(kuò)散函數(shù)、調(diào)制傳遞函數(shù)等功能。

2液晶空間光調(diào)制器

液晶空間光調(diào)制器(Spatial Light Modulator, SLM)是一種能夠動態(tài)控制光波的相位、振幅或偏振的光學(xué)器件，廣泛用于激光加工、光學(xué)成像、全息顯示和自適應(yīng)光學(xué)等領(lǐng)域。液晶空間光調(diào)制器(SLM)通過其動態(tài)相位調(diào)制能力來模擬、分析和校正光學(xué)系統(tǒng)中的各種像差，這種仿真在光學(xué)設(shè)計(jì)、自適應(yīng)光學(xué)、激光加工等領(lǐng)域中具有重要意義。

3模擬像差測量實(shí)驗(yàn)裝置

UPOLabs設(shè)計(jì)了如圖1所示的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，通過對SLM加載不同相位圖來模擬不同的系統(tǒng)像差，利用UPOLabs研制的WA400-128夏克哈特曼波前傳感器來測量實(shí)際得到的系統(tǒng)像差，通過澤尼克多項(xiàng)式擬合的方法可以對加載的相位圖引入的系統(tǒng)像差進(jìn)行理論仿真，得到的實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果與理論結(jié)果具有較好的一致性，實(shí)驗(yàn)表明WA400-128波前傳感器可以準(zhǔn)確測量波前。理論仿真中光束直徑設(shè)置為4.8mm。

圖1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)裝置圖

Laser：激光器;LP：偏振片;BE：擴(kuò)束鏡;NPBS：非偏轉(zhuǎn)分束方塊;SLM：液晶空間光調(diào)制器(HDSLM80R Plus，UPOLabs);L1，L2：透鏡;SHWFS：夏克哈特曼波前傳感器(UPOLabs)。

4像差實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比

圖2-圖5展示了SLM加載不同相位圖時理論仿真得到的像差以及利用波前傳感器得到的像差實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比。

圖2 系統(tǒng)像差模擬1以及相應(yīng)的理論仿真(b)與實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果(c)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論仿真結(jié)果的PV值相對誤差<5%，RMS值相對誤差2.49%。

圖3 系統(tǒng)像差模擬2以及相應(yīng)的理論仿真與實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論仿真結(jié)果的PV值相對誤差<4%。

圖4 系統(tǒng)像差模擬4以及相應(yīng)的理論仿真與實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論仿真結(jié)果的PV值相對誤差<4%，RMS相對誤差1.46%。

圖5 系統(tǒng)像差模擬5以及相應(yīng)的理論仿真與實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論仿真結(jié)果的PV值相對誤差<4%，RMS相對誤差0.21%。

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