利用波前传感器检测液晶空间光调制器引入的模拟像差

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夏克-哈特曼波前传感器

夏克-哈特曼波前传感器（Shack-Hartmann wavefront sensor, SHWFS）是一种用于测量光波前的光学装置，广泛应用于自适应光学系统、天文观测和激光加工等领域。其基本工作原理是通过微透镜阵列对入射波前进行分解，将光波前分成多个小光斑，再通过分析这些光斑的位置偏移来重建波前信息。

UPOLabs研制的夏克-哈特曼波前传感器频响特性接近单位均匀响应，测量动态范围高达120λ，极大地提高了夏克-哈特曼波前传感器的测量性能，工作波长可扩展至紫外-近红外光谱测量范围。其配套的分析软件具备实时计算及显示波前三维分布、zernike像差系数、赛德尔像差系数、斯特列尔比、点扩散函数、线扩散函数、调制传递函数等功能。

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液晶空间光调制器

液晶空间光调制器（Spatial Light Modulator, SLM）是一种能够动态控制光波的相位、振幅或偏振的光学器件，广泛用于激光加工、光学成像、全息显示和自适应光学等领域。液晶空间光调制器（SLM）通过其动态相位调制能力来模拟、分析和校正光学系统中的各种像差，这种仿真在光学设计、自适应光学、激光加工等领域中具有重要意义。

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模拟像差测量实验装置

UPOLabs设计了如图1所示的实验系统，通过对SLM加载不同相位图来模拟不同的系统像差，利用UPOLabs研制的WA400-128夏克哈特曼波前传感器来测量实际得到的系统像差，通过泽尼克多项式拟合的方法可以对加载的相位图引入的系统像差进行理论仿真，得到的实验测量结果与理论结果具有较好的一致性，实验表明WA400-128波前传感器可以准确测量波前。理论仿真中光束直径设置为4.8mm。

图1 实验系统装置图

Laser：激光器；LP：偏振片；BE：扩束镜；NPBS：非偏转分束方块；SLM：液晶空间光调制器（HDSLM80R Plus，UPOLabs）；L1，L2：透镜；SHWFS：夏克哈特曼波前传感器（UPOLabs）。

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像差实验结果对比

图2-图5展示了SLM加载不同相位图时理论仿真得到的像差以及利用波前传感器得到的像差实验结果对比。

图2 系统像差模拟1以及相应的理论仿真（b）与实验测量结果(c)。

实验结果与理论仿真结果的PV值相对误差<5%，RMS值相对误差2.49%。

图3 系统像差模拟2以及相应的理论仿真与实验测量结果。

实验结果与理论仿真结果的PV值相对误差<4%。

图4 系统像差模拟4以及相应的理论仿真与实验测量结果。

实验结果与理论仿真结果的PV值相对误差<4%，RMS相对误差1.46%。

图5 系统像差模拟5以及相应的理论仿真与实验测量结果。

实验结果与理论仿真结果的PV值相对误差<4%，RMS相对误差0.21%。