夏克哈特曼
傳感器是在經(jīng)典夏克哈特曼測量方法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的波前測量儀器。它與傳統(tǒng)的數(shù)字式干涉儀比較具有結(jié)構(gòu)簡單、沒有移動(dòng)部件、抗震動(dòng)能力強(qiáng)、對(duì)被測光的相干性沒有要求、使用時(shí)無需參考光、可實(shí)時(shí)記錄波前變化過程、并同時(shí)適用于連續(xù)光和脈沖光的測量等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛地應(yīng)用在自適應(yīng)
光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)波前探測、
激光器光束質(zhì)量診斷、大口徑光學(xué)元件面型檢測以及記錄鏡面連續(xù)變化過程中。
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o 90[, U "v=XK)! 優(yōu)點(diǎn)：
n >xuef 1^2]~R9,9 快速測量波前，對(duì)振動(dòng)不敏感
y w:=$e5 較大的動(dòng)態(tài)范圍，可用于直接測量某些非球面，特別適合
光學(xué)系統(tǒng)初期裝調(diào)
FBa- gm<9 缺點(diǎn)：
z pg512\y 空間分辨率依賴于微
透鏡陣列，遠(yuǎn)比干涉儀低
x^McUfdr| 其特性強(qiáng)烈依賴于
軟件功能
zb.sh 應(yīng)用
Tn?D~?a*O 準(zhǔn)分子、YAG等
激光器的光束診斷
yUs/lI, Q 光學(xué)元件變形測量
2\CZ"a#[ 大型非球面反射鏡和光學(xué)系統(tǒng)像差測量
j9. %(* 湍流環(huán)境下光學(xué)系統(tǒng)像差測量
GN+!o($ {dlG3P='`f 夏克哈特曼波前傳感器主要由微透鏡陣列和高速CCD組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。探測波面經(jīng)微透鏡陣列分束并聚焦到CCD焦面上，經(jīng)過質(zhì)心計(jì)算及波前重構(gòu)算法可以得到探測波面。該方法與傳統(tǒng)哈特曼法相比有以下幾個(gè)特點(diǎn):
ps*iE= D 1.在入射到CCD探測面之前的波前是經(jīng)過準(zhǔn)直的近似平面波，即不管是匯聚波前還是發(fā)散波前，在到達(dá)探測面之前必須經(jīng)過準(zhǔn)直。
B.~[m} 2.每一束
光線都經(jīng)過微透鏡聚焦，增加了光斑的亮度，提高了光能的利用率。
Ss:'H H4 3.可以很方便地對(duì)正、負(fù)屈光度元件進(jìn)行探測和測量。
N!<X% Ym mteQR gC 圖1 夏克哈特曼測量原理
S";}gw?r6 入射波面到達(dá)微透鏡陣列后進(jìn)行光線分束，每個(gè)細(xì)光束經(jīng)微透鏡聚焦到各自的焦面CCD上并形成光斑陣列。入射波面是理想波前即平行波時(shí)，CCD得到的光斑陣列是同微透鏡陣列完全對(duì)應(yīng)的規(guī)則光斑陣列，如圖1(左)所示;若入射波面含有波前畸變，則焦面CCD上得到的光斑將偏離理想位置，形成不規(guī)則的光斑陣列，如圖1(右)所示。這些散亂光斑與理想位置的偏離量包含了波面的畸變信息，通過計(jì)算這些散亂光斑的質(zhì)心位置偏離理想位置的大小并運(yùn)用波前重構(gòu)算法可將入射波前重構(gòu)出來。
sn+ kFvk}S 另外，在利用夏克哈特曼傳感器測量波前時(shí)，探測器擺放的位置也是一個(gè)重要的測量因素。很多時(shí)候，我們無法獲得一個(gè)完美的平面波。近似平面波在空間傳遞過程中，會(huì)將波前含帶的相差進(jìn)行擴(kuò)散（如圖2）。此時(shí)，如果將傳感器放在不同的位置上，就會(huì)獲得不同的測量結(jié)果，而且越靠近光束邊緣，相差變化越為劇烈，造成測量的不準(zhǔn)確性。
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AvB21~t&] 圖2 波相差隨空間傳播改變
為了避免上述情形的發(fā)生，我們需要引入一個(gè)具有成實(shí)像的望遠(yuǎn)系統(tǒng)（如圖3）。利用該系統(tǒng)的成像，可以將被測的平面波在出射之后就被成像到緊靠探測器微透鏡陣列前方位置。（也可以認(rèn)為將微透鏡陣列成像到平面波出射位置。）這樣就可以在被測波面?zhèn)鬟f之前就被傳感器捕獲。同時(shí)，該望遠(yuǎn)系統(tǒng)也可以在被測波面與探測器尺寸不一致的情況下，充當(dāng)擴(kuò)（縮）束系統(tǒng)。完成全口徑測量的目的。由此看來，選擇適當(dāng)?shù)南目斯芈鼈鞲衅鞯目趶胶臀⑼哥R陣列個(gè)數(shù)也是在購買和使用探測器之前要做的必要功課。
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?gCP"~ 圖3 夏克哈特曼傳感器測量中望遠(yuǎn)系統(tǒng)的使用
