波前量測的量測操作

再來要介紹儀器的量測操作，其簡單的圖示裝置就如之前所提到 的圖 3.1，首先看到雷射與針孔 1 的部分，如圖 3.2 所示，我們先以 二維的 y-z 平面來做說明，雷射放置於針孔 1 前方 4.5mm 處，在此 所使用的雷射為邊射型 980nm 單模二極體雷射，其中心波長約為 978nm，波長的半高寬度約為 0.2nm，其雷射發散角垂直軸為30^ο、水 平軸為8^ο，此發散角是在能量半高全寬(FWHM)的定義下所量得的，

若是在能量1%的定義下(即是完整之光束大小)，則垂直軸上的發散角 約為100^ο、水平軸上的發散角約為40^ο；雷射的矩形波導尺寸大小約為 0.1μm(主動層厚度)_×4μm(脊狀波導寬度)，波前的量測面距離雷射 4.5mm 即是針孔所放置的位置，所以相對於出光口的尺寸而言，我們 的量測是屬於遠場量測(far-field measurement)系統，在此所使用的針 孔 1 的孔徑大小為 200μm，厚度為 12.7μm，由於是遠場量測，針孔 遠小於量測光束之尺寸，所以我們可以假設通過針孔 1 的取樣光其能

量分佈近似於均一分佈，而波前分佈近似於平面波的平滑曲面，如圖 3.3 所示。

圖 3.2 雷射光源取樣示意圖

圖 3.3 取樣光束的波前分佈

當取樣光束通過針孔 1 之後，將利用波前斜率量測器來定量波前 前進的角度方向，其運作方式如圖 3.4 所示，其中所使用的透鏡其焦 距(focal length)為 50mm，沿著透鏡光軸在距離透鏡 50mm 的地方放 置針孔 2，其針孔的孔徑大小為 200μm，取樣光束經過透鏡後會在透 鏡的焦平面上形成聚焦光點(focal spot)，假設待測光進入針孔一時相 位 為 平 面 分 佈 ， 則 經 過 透 鏡 後 其 聚 焦 光 點 的 大 小 約 為 600μm(~2.44λf/a = 2.44*0.98*50,000/200-μm)，由於假設在通過針孔 1 的取樣光束其能量分佈近似於均一分佈、而波前分佈近似於平面的平 滑曲面，所以取樣光束經過透鏡後所形成的聚焦光點其能量分佈的型 態理論上將為對稱分佈的 Airy pattern，Airy pattern 為一中心能量集 中的光點並於周圍伴隨一圈一圈漸弱的能量環，由於聚焦光點為對稱 型之光點，所以其能量重心位置必在於聚焦光點的幾何中心。

接著移動並旋轉波前斜率偵測器使取樣光束通過透鏡的正中 心，並微量旋轉波前斜率偵測器以針孔 2 掃描此聚焦光點，針孔 2 的大小須小於聚焦光點的大小，如此才可掃描聚焦光點找出能量重心 位置，基本上小一點的針孔可增加量測的解析度，但針孔孔徑若太小 不但通過針孔的光能量太小會無法解析而且會產生較大角度的繞射 使得光無法完全進入光偵測器中，所以在此選擇針孔 2 的此寸為 200μm，之後並用光偵測器量取通過針孔 2 的能量，如圖 3.5 所示，

當偵測器量到最大能量時，則代表此時聚焦光點的能量重心正位於針

向，所以轉動維度僅有一維)，每個元件的不準度均會造成量測上的 誤差，而針對每個元件分析量測上的不準度以及整體組合時的量測不 準度是困難且繁複的，所以在此我們使用同一個取樣光束(不變的參 考物)，進行多次量測得到此波前斜率偵測器的 RMS 值，此 RMS 值 代表此量測儀器的量測時的重現性，亦可視為此量測儀器量測的誤差 值。

因為在此量測到的波前前進角度是代表取樣光束區域的平均波 前角度，非單一空間點的波前角度，所以在此所謂的量測精準度是指 儀器量測取樣光束平均波前角度的 RMS 值，實際上取樣光束中每一 點波前角度的標準差值則受限於繞射極限

(

)

長，d為針孔 1 的針孔直徑長度。

圖 3.4 波前斜率偵測器

圖 3.5 聚焦光點能量重心