具大動態範圍之波前量測儀

在 Hartmann 波前量測儀中，所謂的動態範圍(dynamic range)是指 波前量測儀所能量測到最大波前角度的範圍，為了增加波前量測儀的 動態範圍，我們修改了固有的 Hartmann 波前量測儀，改良過的波前 量測儀裝置圖如圖 3.1 所示，本波前量測儀分兩個主要部分，第一個 部分為可移動式的針孔 1(pinhole 1)；第二個部分為波前斜率偵測器 (wavefront slope detector)，也可稱為波前角度偵測器。

針孔 1 為可移動式針孔，可於 x-y 平面自由的上下左右移動，其 作用如同 Hartmann 波前量測儀中的孔徑陣列(aperture array)，只是在 Hartmann 波前量測儀中孔徑陣列是固定位置，而在本波前量測儀器

中的針孔是可隨意調整位置(可視為孔徑陣列中的任何單一孔徑)，兩 者的主要功能都是對所要量測的波前光束進行取樣；第二部分波前斜 率量測器，主要由三個元件所組成，包含透鏡(lens)、針孔 2(pinhole 2)、光偵測器(photodetector)，其相對的位置關係為：透鏡、針孔 2 及 光偵測器放於同一個固定平台上，三個物件可做同時的移動或旋轉，

針孔 2 沿著透鏡的光軸放置於透鏡後方的焦點上，在針孔 2 的後方放 置光偵測器，此波前斜率量測器的主要功能是為了要偵測取樣光束的 波前前進方向。

圖 3.1 具大動態範圍之波前量測儀

再看到圖 3.1 ，移動針孔 1 對雷射光源進行取樣，之後我們移動 波前斜率偵測器使取樣光束由透鏡中心射入，之後旋轉整個波前斜率 偵測器，使光能通過針孔 2，並以光偵測器量取穿過針孔 2 的光能量，

由於我們將針孔 2 放在透鏡後方的焦點上，若此時光束是垂直入射透 鏡，那光束將被聚焦於透鏡焦點上，此時會有最多的光量透過針孔 2 被光偵測器接收，所以若我們旋轉波前斜率偵測器使得光偵測器量得 最大能量時，此時的旋轉角度即是光波前的入射角度。

此波前量測裝置的建構是參照 Hartmann 及 Shack-Hartmann 波前 量測儀所建構成的，原本的 Hartmann 波前量測器能量測的動態範圍 約為±3^ο，為了增加波前量測的動態範圍，我們捨棄 Hartmann 孔徑陣 列的方式來對所要量測的光波前進行取樣，直接以可移動的單一針孔 來取代孔徑陣列，每次僅量測一束取樣光，並利用可平移、旋轉的波 前斜率偵測器，增加其動態範圍，因為波前斜率偵測器可無限制自由 轉動，所以理論上本波前量測儀的動態範圍為±π/2，實際上針孔 1 的厚度會擋住部分取樣光束而減小動態量測範圍，。

波前斜率偵測器由透鏡、針孔及光偵測器所組合成的，此波前斜 率偵測器功能是定量取樣光束的平均波前角度方向，其中透鏡有另一 功能，如 Shack-Hartmann 波前量測儀中透鏡陣列的作用一樣，能有 效的收集取樣光，量測到較微小的光能量[1]，這個特性對於量測大 發散角的雷射是相當重要的，因為在大發散角的地方光相對比較微 弱，若想盡可能量測所有的光波前，這項特性是相當重要的，再者所 有的取樣光束皆由相同的波前斜率偵測器量測，更能提高量測環境的

一致性。

不過由於我們的波前量測器一次僅能量測一個取樣光束，所以在 量測的速度上比一般的 Hartmann 及 Shack-Hartmann 波前量測器相對 慢了許多[3,4]，也因為無法做一次的同步量測，所以不能以多次量測 的方式來增加儀器的靈敏度[1]。