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GB／T 41869.2-2022 光学和光子学 微透镜阵列 第2部分：波前像差的测试方法.pdf简介：

GB/T 41869.2-2022是中国国家标准，其全称为《光学和光子学 微透镜阵列 第2部分：波前像差的测试方法简介》。这个标准主要针对的是微透镜阵列这一光学元件，特别是关于其性能测试中波前像差的测量方法提供了指导。

波前像差是指光波通过光学系统后，由于各个位置的光波相位不同，导致的图像质量下降。在微透镜阵列中，这种像差可能会对整个系统的性能产生影响，比如成像质量、光束控制等。该标准详细介绍了如何通过各种测试技术，如干涉测量、 Shack-Hartmann 算法、Zernike 模式分析等，来评估和控制微透镜阵列的波前像差。

测试方法可能包括但不限于以下步骤： 1. 设定测试基准：定义正常无像差的光波情况。 2. 测试设备设置：选择合适的测量设备，确保能准确测量微透镜阵列的光波特性。 3. 数据采集：在不同位置或角度测量微透镜阵列的光波，记录每个测试点的波前信息。 4. 数据分析：使用相关软件解析和分析测量数据，计算出波前像差的参数。 5. 结果评估：根据测量结果，判断微透镜阵列的性能是否满足设计要求，如果不满足，可能需要调整设计或生产过程。

这个标准对于微透镜阵列的设计、生产和质量控制具有重要指导意义，有助于提高产品的光学性能。

GB／T 41869.2-2022 光学和光子学 微透镜阵列 第2部分：波前像差的测试方法.pdf部分内容预览：

光学和光子学微透镜阵列

本文件描述了微透镜阵列中微透镜波前像差测试的测试装置及设备、测试前准备、测试原理及 星序等内容。 本文件适用于在共同基底的内部或一个或多个表面上形成的由非常小的透镜组成的微透镜阵 技前像差测试。

件没有规范性引用文件

民族师范学院建设项目施工组织设计（技术标）GB/T 41869.2—2022

通用测试装置及设备主要包括照明光源、标准透镜、准直镜、缩束光学系统、孔径光阑、传感 图样分析系统

通用测试装置及设备主要包括照明光源、标准透镜、准直镜、缩束光学系统、孔径光阑、传感器、干涉 图样分析系统

照明光源要求如下： a ）用于测试微透镜波前像差的照明光源在微透镜孔径区域的波前像差均方根值应不大于十分之 一工作波长； b）需要明确光源的特性包括中心波长、光谱半宽度、光源类型，偏振态（随机偏振、线偏振、圆偏 振等），发散角（单位为mrad)，光斑尺寸或束腰参数； C> 1 照明光源的参数需要在试验报告中说明； 2 光源通常采用氮氯气体激光器，也使用其他气体激光器、固态激光器、半导体激光器（LD)和发 光二极管(LED)； e）半导体激光器（LD)或发光二极管（LED)需经过波前像差补偿系统补偿后使用。

标准透镜要求如下： B?) 1M 标准透镜用作参考，产生一个理想球面波或平面波，标准透镜的波前像差应至少比待测透镜的 波前像差小一个数量级，或者均方根值应小于或等于入/10（a为波长，单位为μm)； 用作标准透镜的光学显微镜物镜，应规定有效数值孔径，需要给出有效口径和工作波长处的 有效焦距； c) 波前像差测试中，微透镜阵列应与标准透镜共轭。

准直镜的数值孔径应大于待测样品的最大数值孔径，以避免衍射效应的影响。且在工作波长处的 波前像差均方根值应小于入/20，其他参数都应在测试报告中描述

包含两个正透镜的望远系统应能使光束截面与阵列探测器匹配。焦距的比率就是缩束比。 注：被测透镜区域的直径能通过软件设置为有效孔径以避免额外物理孔径的衍射效应影响。

在测试设备的光束中放置物理光阑，以限制人射到待测透镜上的光束范围。或者在分析日 件实现截断，达到孔径光阑的作用

5.1测试装置及设备应放置在控温环境中，并避免振动以获得一致的结果。 5.2待测微透镜表面应保持清洁。未镀膜光学玻璃表面可用酒精棉布进行清洁擦拭。棉絮接触表面 前应先用少量溶剂浸泡，擦拭一次即丢弃。这样可最大限度地减少划伤表面的机会。灰尘需用干净的 驼毛刷或过滤过的压缩空气清除。 5.3镀膜光学表面，如增透表面，应非常小心处理，除非绝对必要，否则不要清洗。可用过滤压缩空气 除尘。 5.4应按有关指导正确使用溶剂、棉絮或其他擦拭材料。 5.5 应设置或调节待测微透镜及其耦合光学系统与波前测量仪器同轴对准。

量系统搭建如图 过干涉仪

前面的孔径光阑调节光束尺寸；由半透反射镜1将光束分成两个光束；干涉仪测试臂的光束照射在光束 整形物镜上，产生球面波前用于照射被测微透镜或者没有像差但大小相同的假想透镜；微透镜或假想透 镜放置于共焦位置，在被测透镜的出瞳处产生近似平面的波前。该波前与平面参考波叠加，产生干涉图 案；干涉仪出口处的成像物镜以合适的比例因子将透镜孔径锐利地成像到探测器上，以利用阵列探测器 的大部分光敏区域，提供足够的采样数据用于表征透镜像差；干涉仪前面的物理孔径光阑应位于光轴 上，与测试臂的照射物镜相距一定距离，以使该光阑的清晰图像与被测透镜孔径重合。 注1：在图1所示的构型中，能在第二个标准透镜或被测微透镜的瞳孔位置或附近放置光圈。 注2：该光阑确定了第二个标准透镜或被测微透镜的测试区域的直径。通过将光圈放置在图像传感器（探测器）位 置或通过使用软件产生光圈，还能确定第二标准透镜和被测微透镜的测试区域。

将标准透镜及待测微透镜从光路中移除，采集探测器上干涉条纹，经图像处理后解算出干涉仪系统 的静态像差，表示为Φ。；把标准透镜和待测样品置于光路中，分别调节两者的横向位置、轴向位置以及 倾斜，使得二者共焦；采集探测器上的干涉条纹，计算出系统总像差Φ1.由公式(1)计算得出待测微透锁 的波前像差。

转在偏振分束棱镜前的半波片（HWP)来调节测试臂和参考臂之间的分束比。偏振光束被耦合进单模 光纤，其输出被扩展为平面波。非偏振分束镜使参考波与测试波重叠。通过相应地旋转光纤的末端，参 考光束的偏振与测试光束的偏振相匹配。对于待测微透镜的照射，有两种选择： a）采用球面波照射待测微透镜测量波像差； b）通过去除待测透镜前面的微物镜实现平面波照射。 第一种情况下，使用具有足够长工作距离的高质量显微镜物镜将人射平面波转换为理想球面波，从 而能够测量光焦度较大待测微透镜的波像差。第二种类型的照射将被选择用于测量光焦度较小待测微 透镜的波像差，并且通常用于相位物体，由于被测样品给出全部相位延迟。同样在平面波照射构型中， 有可能根据被测透镜顶点周围的缩小场中的被测相位分布确定有效焦距。

将微透镜放置在XY平移台上。借助于由显微镜物镜和管状透镜组成的无焦显微镜，将待测微透 镜清晰地成像到光探测器阵列上。探测器阵列位于管状透镜的焦平面。由于图2中给出的显微镜物镜 组是针对相同的工作距离设计的，因此在更改放大倍率时应采取特殊措施以避免导致系统误差。为了 保持成像无焦点，当改变显微镜物镜时，则相应地将管状透镜与光束合束器和探测器一起轴向移动，以 保持光束合束棱镜的平面波照射。在这种条件下，由不适当调整引起像差的风险最低。 图2所示的干涉仪配有一个偏振分束单元，可按上述要求独立地改变分光比和平均强度。由于分 束单元和干涉仪的其余部分之间采用光纤耦合，干涉仪可构建到商业显微镜中，具备商业仪器的所有调 节装置的优点。

来自光源的平行光束经扩束后通过分束镜分成参考光束和测试光束。测试光束经过被测微透镜汇 聚于其后焦面上的反射镜，反射后再次经过待测微透镜，作为携带像差信息的测试光束。参考光束经反 射后与测试光束合束，在探测器表面形成干涉条纹。 于涉图像的获取及波像差计算同6.2.2.1

GB/T 41869.22022

b）对于“快”的待测微透镜（待测微透镜的数值孔径大于光纤的数值孔径），使用图6所示的像差 测量构型。在这种情况下，一个较慢的透镜用于准直光纤输出的光束，接着通过一个快速二次 聚焦透镜（至少与被测微透镜一样快)，然后人射到待测微透镜上。然后相对参考数据获得微 透镜的像差。

图4参考像差测量的构型图

“慢”微透镜波前像差的构型图

图6测量“快”微透镜波前像差的构型图

GB/T 41869.2—2022

A.1测试装置及测试设备

GB/T 41869.22022

横向剪切干涉测量法使用横向剪切干涉仪系统，保持剪切装置的设计对称且尽可能简单。通过测 量两个正交方向上波前的偏微分以及导致波像差的两个数据场的后验积分来测量微透镜的波前像差

基于迈克尔逊干涉仪的横向剪切干涉测量系统的光路如图A.1所示

图A.1基于迈克尔逊装置的横向剪切干涉仪

A.2.2基于相位光栅的横向剪切干涉测量系统

基于相位光栅的横向剪切干涉测量方法使用两个相位光栅，剪切装置衍射效应的物理原理如 图A.2所示。平面波的剪切直接来自被测微透镜和补偿显微物镜的组合公司安全管理体系及安全管理制度，用于测量微透镜波像差的剪 切干涉仪系统如图A.3所示。

用于测量微透镜波像差的剪切干涉仪装置

剪切干涉仪提供偏导数（或更准确地说，是待测波前的横向剪切之间的波前像差的差异)。因此，有 必要测量二维导数（示例见图A.4），以便能够通过将合适的多项式拟合到数据，从而计算波像差。对于 这种积分，有必要知道横向剪切量和横向度量，以获得波前像差的可靠数据。衍射剪切装置具有一些非 常重要的特点： a）提供围绕光轴的对称剪切； b）非常稳定，易于集成到光学装置中； c）能通过90°整体旋转以获得两个正交导数； d）通过改变光栅距离能简单地调节剪切量； e）通过一个光栅相对于另一个垂直于光栅凹槽的平移，能非常容易地改变相位； f）由于具备在一侧具有二元浮雕结构的两个平面平行玻璃板的简单设计，使采用标准制造方法 制备相位光栅能将于涉仪部件对像差的贡献保持在1/20波长以下。

注：由于剪切单元相当紧凑，两个相同路径的正交剪切能通过旋转光栅组合90°来调整，

B.1测试装置及测试设备

附录B （资料性） 微透镜阵列一致性测量方法

当微透镜阵列中单透镜直径小于阵列的间距时，阵列中每个单透镜可获得唯一的剪切干涉图，此时 横向剪切干涉仪可用于测量微透镜阵列的波前像差DB50∕T 1308-2022 建设施工承包方安全生产责任管理规范，原理如图B.1所示。对于密集排列的阵列，有可能 剪切一个间距，并通过测量和比较相邻微透镜的波像差的差异，来（且仅能）测试微透镜阵列的均匀性 如图B.2所示。

采用横向剪切干涉仪的测试原理图

注：在干涉图的左边缘，可推断出一个透镜间距的剪坏