常用的波像差检测技术和方法

    由于波像差与光学系统的几何像差存在一定的数学关系，几何像差的测量相

对困难，而波像差目前通过一定的设备较容易进行检测。目前常用的测量波像差的技术主要有两类：一类是基于干涉仪等硬件进行波像差的检测技术，如泰曼-格林(Twyman-Green)干涉仪、斐索(Fizeau)干涉仪、剪切干涉技术、夏克-哈特曼传感器、等；另一类是通过测量光学系统像面强度或者相位分布的波像差检测技术，如相位恢复法、相位差法等。

1、基于干涉条纹的波像差检测

满足频率相同、振动方向相同以及初相位差恒定3 个条件的两支光路会发生

稳定的干涉现象。在干涉场中任一点的合成光强为

I=I1+I2+2*(I1*I2)^0.5*cos(2π/λ)*Δ

式中，Δ为两束光到达某处的光程差；I1、I2分别为两束光的光强；λ为光波长。

干涉条纹质量首先体现其条纹的对比度是否良好。干涉条纹对比度定义为

K=(Imax-Imin)/(Imax+Imin)

式中，Imax、Imin分别为静态干涉场中光强的最大值和最小值。

干涉测量是把波像差转换为对应的干涉条纹分布，根据产生的不同类型干涉条纹测量波前。使用干涉测量法的仪器主要有泰曼-格林(Twyman-Green)干涉仪、斐索(Fizeau)干涉仪和剪切干涉仪等。本文中使用斐索干涉仪进行显微物镜的波前测量，其基本结构和测量原理如下图所示。激光器发出光束经过扩束器和滤波器以及准直透镜后形成准直平行光束，在干涉仪前安装一个标准透射元件（平面镜或球面镜）将部分激光反射回干涉仪，从而产生一个参考波前；其余激光通过透射元件到达被测元件，称为测量波前。参考波前与测量波前形成干涉条纹被探测器所记录。共光路系统是斐索干涉仪最大的特点，参考光束与测试光束经过的光路基本相同，光路中元件的偏离对参考光束和测试光束产生相同的影响，因此系统误差小，可以实现高精度的测量。

《菲索干涉仪(等厚干涉-ZYGO)》

激光菲索干涉仪

2、相位差-相位恢复算法

     相位差-相位恢复算法的理论基础是傅里叶光学原理，由于光学传递函数与像差具有一定的数学关系，通过建立数值优化模型就可以解算出波前相位和目标图像。主要原理是在像面采集一系列离焦、在焦图像，采集的不同图像能够通过相应的算法解算出出瞳位置的波前图像，该方法是通过成像系统像面图像信息求解系统波像差的技术。

3、总结

    光学系统不仅在设计阶段不能将像差完全校正，在生产和制造中也存在各种加工和装调误差，大多数情况下需要对实际光学系统的最终像质进行检测，而波像差是一种能综合表示光学系统像质的参数，因此波像差检验得到了大量的应用。

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