可见光波前传感器

〖导读〗目前，国际通用的波前传感器主要是四波横向剪切干涉类型的波前传感器，这款波前传感器采用的是国际名企--法国Phasics的专利技术，并在实际应用中得到广大科研工作者的一致认可！ 四波横向剪切干涉类型的波前传感器采用的是法国Phasics对传统的夏克-哈特曼波前传感器的改进的专利技术： 四波横向剪切干涉和夏克-哈特曼技术的区别：PHASICS：SID4SH区别技术四波横向剪切干涉夏克-哈特曼是对夏克-哈特曼技术的改进，PHASICS全球售出超过300个探测器。强度采用傅里叶变换方法，测量对强度变化不敏感由于需要测量焦点位置，测量对强度变化灵敏关于测量精度，波前测量不依赖于强度水平。使用方便界面直观，利用针孔进行对准安装困难，需要精密的调节台SID4 产品使用方便。取样SID4-HR达300x400测量点64x6测量点（微透镜数量）SID4-HR具有很高的分辨率。这使得测量更可靠，也更稳定。数值孔径 NA：0.5NA：0.1SID4-HR动态范围更高。空间分辨率29.6μm115μmSID4-HR具有更好的空间分辨率。重复性2nm RMSλ/200( 5nm @1053 nm)更好的重复率，更稳定。获取频率10fps7.5fps分析速度快照明SID4的技术可以消色差。系统对不同波长和带宽响应一致。无需对每个波长进行校准。夏克-哈特曼技术基于微透镜，其特性依赖于波长（由于玻璃色散）。仪器需要对每个波长校正。PHASICS更灵活：可以测试宽波段，而不需要额外校准。Phasics波前传感器与传统哈特曼波前传感器测量结果对比： Phasics公司波前传感器具有高分辨率、消色差测量 、高动态范围 、高灵敏度、设计简洁紧凑、高性价比、测量可重复性高等优良特性 ，可广泛应用于光传输变换中波前特性分析中。谁来挑战我，法国Phasics公司的波前传感器，一款您不可错过的波前传感器：为了能让广大科研工作者更加直观的了解法国Phasics公司的波前传感器，我们瞬渺团队将出席4月14-16日在南京展览中心举办的---2017年中国（南京）国际教育装备暨科教技术展览会。届时，将展出该款波前传感器，瞬渺团队的技术工程师和销售精英亲临现场，为广大科研工作者全面解析法国Phasics公司的波前传感器！瞬渺团队对于瞬渺人来说，客户的支持是对我们团队最大的认可，面对日益激烈的国内市场，瞬渺将一直秉持客户为先的团队理念，为广大科研工作者带来专业的技术和售后支持！2017年4月14-16日，瞬渺团队将亲临南京-展览中心381展位（靠近交流会一区），届时，欢迎您前来咨询！

成果名称基于光纤激光器的可见光频率梳、20GHz可见光波段天文光学频率梳单位名称北京大学联系人马靖联系邮箱mj@labpku.com成果成熟度□研发阶段 □原理样机 &radic 通过小试 □通过中试 □可以量产成果简介：光学频率梳是很多高端研究的基础科学仪器，例如原子跃迁频率的精密测量、光钟的频率的测量、引力波的测量、微重力的测量、系外类地行星的探测等。利用频率梳测量频率时，需要频率梳的频率间隔在200MHz以上，以便波长计数器计量波数。特别地，类地行星观测需要20GHz以上频率间隔的频率梳来定标光谱仪，这个频率间隔一般的光纤激光器无法达到，目前只能依靠法布里-珀罗（FP）滤波装置进行频率倍增。由于FP透射光谱的有限线宽会导致边模泄露，从而影响天文光谱仪的定标精度，因此需要源激光频率梳本身的频率间隔尽量大，以抑制边模。可见，研制高重复频率（大频率间隔）的频率梳已经成为国际激光器和频率梳领域研究的热点和难点。目前该产品的国内市场基本上被德国Menlo System公司生产的基于掺镱光纤激光器的可见光域频率梳垄断，我国亟需研制出具有自主知识产权的光梳设备。2011年，北京大学信息学院张志刚教授申请的&ldquo 基于光纤激光器的可见光频率梳&rdquo 得到第三期&ldquo 仪器创制与关键技术研发&rdquo 基金的支持。在基金经费支持下，通过关键配件的购置和加工，该项研究得以顺利开展。课题组瞄准研制稳定的、可供频率测量的、基于飞秒光纤激光器的可见光域激光频率梳这一目标，开展了一系列富有成效的工作，包括：（1）搭建高重复频率、1um波长的锁模光纤激光器，作为频率梳&ldquo 种子源&rdquo ；（2）研究初始频率和腔内色散的关系，以得到更高信噪比的初始频率信号；（3）利用合适的色散补偿元件对种子源输出的脉冲进行色散补偿，并进行多级反向放大，使其输出功率满足频率梳要求；（4）试验多种光子晶体光纤，以获得更宽的、覆盖可见光域的光谱。通过以上工作的开展，课题组成功研制出了国际首创的500MHz光学频率梳样机，而Menlo公司同类产品重复频率仅为250M。这一技术的产品化将打破外国公司在国内市场的垄断，填补国内外市场的空白。在第三期项目工作的基础上，张志刚课题组的王爱民副教授申请的&ldquo 20GHz可见光波段天文光学频率梳的研制&rdquo 项目在2012年得到了第四期&ldquo 仪器创制与关键技术研发&rdquo 基金的支持。在第四期基金的支持下，项目组发展了前期500MHz高重复频率的光学频率梳的研究成果，开展了更加深入的工作，包括：（1）利用FP技术对500MHz重复频率的稳定光梳进行倍频，获得20GHz、1m波段的稳定光学频率梳；（2）对20GHz光学频率梳进行功率放大、脉冲压缩和倍频，实现515nm波段的蓝光飞秒光梳源；（3）利用拉锥光子晶体光纤对飞秒蓝光光梳进行可见光扩谱，达到400-750nm的光谱覆盖。通过这些工作，课题组成功研制出了一套可直接与天文望远镜对接的20G天文光梳频率标准系统，其工作达到该领域国际前沿水平。这两期项目目前已经结题，其成果已进入产品化阶段，科技转化前景良好。相关成果受到了北京市科委的高度重视。课题组瞄准研制稳定的、可供频率测量的、基于飞秒光纤激光器的可见光域激光频率梳这一目标，开展了一系列富有成效的工作。课题组成功研制出了一套可直接与天文望远镜对接的20G天文光梳频率标准系统，其工作达到该领域国际前沿水平。应用前景：光学频率梳是很多高端研究的基础科学仪器，例如原子跃迁频率的精密测量、光钟的频率的测量、引力波的测量、微重力的测量、系外类地行星的探测等。

自适应光学波前传感的理想选择—sCMOS 相机牛津仪器 Andor sCMOS 相机作为自适应光学波前传感的优选设备，拥有高度并行的像素读出产生的高帧频，结合短曝光条件下的低噪声和高量子效率能够获得最佳信噪比图像。在本次技术说明中，我们比较了Andor sCMOS 系列中三款特别适合波前传感的相机： Marana 4.2B-6（具有CoaXpress接口） Zyla 4.2 PLUS（具有CameraLink接口） Balor 17F（具有CoaXpress接口）下表总结了每款相机的关键性能参数。表1 用于波前传感的三款 Andor sCMOS 相机的关键成像参数在第1部分中，我们将详细分析潜在的帧频性能，尤其是 ROI 模式下帧频的提升。在第2部分中，我们将比较三款相机相对“延迟”特性，这是自适应光学应用的一个重要考虑因素，因为它决定了图像在软件中的准备时间，以便作为闭环可变形镜像系统的一部分进行处理。Part 1 | sCMOS 帧频高速帧频性能对于波前传感至关重要，使用（ROI）子阵列能够实现每秒数百帧的图像采集。作为波前传感备选的成像探测器，表2显示了上述三款 sCMOS 相机在不同 ROI 阵列尺寸上的帧频。表 2 的关键成像参数（可用选项）： 卷帘快门曝光模式 重叠（100％占空比）模式 16位（全动态范围）模式 中心 ROI 成像 CoaXpress（CXP）接口（Marana 和 Balor） CameraLink（CL）接口（Zyla）表2 三款 Andor sCMOS 相机在不同 ROI 阵列尺寸上的帧频 请注意，在比较 Marana 和 Zyla（均为2048 x 2048阵列）时，尽管 Zyla 能够实现更快的帧频，但 Zyla 是使用前照式芯片，通过在每个像素上使用微透镜来实现高量子效率。Marana 使用背照式芯片，在没有微透镜的情况下可实现高达95％的量子效率。此外，如果 Zyla 的 ROI 没有在垂直方向上居中，帧频将会降低（降低到原来的2倍），而对于Marana 和 Balor，ROI 可在任何区域，帧频的降低可以忽略不计。Part 2 | “延迟”比较科学成像相机用作波前传感器的一个关键考虑因素是“延迟”。由于波前传感成像是 AO 配置闭环系统的一部分，因此软件必须快速采集图像以进行实时处理，以便它能够持续地通知变形镜系统如何在到达科学探测器的过程中对入射波前进行重塑和展平。比较波前传感器相机，我们需要清楚地了解曝光、传感器读出和任何图像传输耗时相关的相对时间。在成像的时序流程中，对于“延迟”的定义可能存在一些主观的变化。为了在当前的比较研究中实现标准化，我们将考虑从曝光开始到软件处理该曝光时间内的完整图像/ROI 的整个端到端时间。我们还将通过假设曝光时间为 10 毫秒（帧频达到100 fps）进行标准化。但是请注意，我们比较的三款相机，这 10 毫秒的曝光对应于不同的 ROI 阵列大小和相应的视野。图 1 和图 2 为 Zyla 4.2 PLUS 与 Marana 4.2B-6 进行比较的时序示意图。sCMOS 相机之间的“延迟”区别如下：Zyla 必须先将整个 ROI 阵列（10 毫秒）读出到组装图像的相机 FPGA，然后再通过 CameraLink 接口传输图像，这里又需要10 ms。由于这些过程是按序发生而不是同时进行的，因此整个端到端处理接近曝光（10 ms）+ 读出（10 ms）+ 通过 CameraLink 的数据传输（10 ms）= 30 ms。注意，Zyla图像必须首先在 FPGA上组装的原因是其复杂的传感器读出，这涉及到同时读出阵列的两半，从中间行开始，向外分别移动到顶部和底部行。Marana 具有更直接的传感器读出架构，这意味着无需将图像在相机 FPGA上组装后再传输到主机PC。相反，一旦读出像素行，它就会由 FPGA 处理并立即通过 CoaXpress（CXP）接口进行传输。这意味着图像传输与图像读出同时发生，而不是顺序发生，从而克服了“延迟”造成的影响。 Marana 的整个端到端过程近似于曝光（10 ms）+ 同时读出/数据传输（10 ms）= 20 ms。Marana 具有更直接的传感器读出架构，这意味着无需将图像在相机 FPGA上组装后再传输到主机 PC。相反，一旦读出像素行，它就会由 FPGA 处理并立即通过 CoaXpress（CXP）接口进行传输。这意味着图像传输与图像读出同时发生，而不是顺序发生，从而克服了“延迟”造成的影响。Marana 的整个端到端过程近似于曝光（10 ms）+ 同时读出/数据传输（10 ms）= 20 ms。Balor 未在所示的图中具体表示，但具有与 Marana 相似的单向传感器读出架构，区别在于 Balor 通过同时读取每组 4 行的数据来提高速度。因此，如果 Balor 定义了 ROI 阵列，其结果是曝光时间为 10 ms（相应的读数为10 ms），那么 Balor 的整个端到端过程也将近似于曝光时间（10 ms）+ 同时读出/数据传输（10 ms）= 20 ms。因此，相对于 Zyla 固有的“延迟”, Marana 和 Balor 的“延迟”减少了。然而，如第 1 节所示，Zyla 4.2 PLUS 相对于Marana 4.2B-6 可能具有更高的帧速。在为您的装置选择最合适的波前传感成像相机时，应在确切的实验要求范围内考虑这两个因素。图 1 和图 2 的关键成像参数（可用选项）： 曝光时间/读出时间 — 10毫秒（需要选择ROI） 卷帘快门曝光模式图1 Zyla4.2 PLUS：表示曝光、读出和图像传输（通过 CameraLink接口）的计时示意图图2 Marana 4.2B-6：表示曝光、同时读出/图像传输（通过Coaxress 接口）的计时示意图。Balor 的实验数据接近Marana 4.2B-6