La tecnologia continua a progredire, così come i sensori wavefront. Una notevole evoluzione è stata nella densità di campionamento del wavefront. Alcuni esempi di tali sensori includono i sensori HASO LIFT di Imagine Optics e il QWLSI di Phasics. Ogni dispositivo utilizza una tecnica diversa per raggiungere una densità di campionamento più elevata.

La tecnica LIFT — acronimo di Linearized Focal-plane Technique — è una versione moderna di un metodo utilizzato in passato per mantenere il fuoco negli apparecchi CD e DVD. In quell’applicazione precedente, un obiettivo cilindrico introduceva l’astigmatismo assiale nel fascio riflesso. Quando il disco era in fuoco, un rivelatore a quadrante mostrava segnali uguali nelle due celle opposte. In caso di fuori fuoco, la differenza dei segnali (inclusa la loro direzione) poteva essere utilizzata per il feedback.

In uno spirito simile, la tecnica LIFT aggiunge l’astigmatismo assiale ma analizza il punto focale con una risoluzione molto più elevata. Ciò consente di risolvere molti più termini relativi al fronte ondale rispetto alla semplice curvatura.

L’approccio QWLSI di Phasics, invece, utilizza le interferenze per creare un modello a banda bidimensionale. Con l’analisi delle bande di Fourier, vengono estratti due gradienti del fronte d’onda, che vengono poi integrati per ricostruire il fronte d’onda.

Interferometria, precisione e risoluzione

Sebbene LIFT e QWLSI possano sembrare privi di elementi in comune, in realtà hanno qualcosa in comune. Entrambi non sono in grado di misurare la deflessione assoluta del sistema di specchio deformabile mostrato di seguito. Importa davvero? Dipende dall’obiettivo. Ciò che entrambi i metodi possono fare molto bene è misurare forma la soluzione a base dello specchio – qualcosa che spesso è più che sufficiente. Tuttavia, nel caso illustrato di seguito, dove l’intero specchio non è visibile, siamo sfortunati.

Il termine “pistone”, spesso trascurato, non è frutto dell’immaginazione di nessuno. In un interferometro ben progettato può rivelarsi un asset affidabile per molte applicazioni. Sebbene questo specchio deformabile possa sembrare esotico, il concetto è molto utile, ad esempio per calibrare un modulo di fase liquido-cristallino. La configurazione ottica è simile: l’apertura chiara non è legata a una fase fissa e i campi di frange riducono l’efficacia dell’utilizzo del valore integrato di un gradiente di fase.

Precisione e ampiezza dei gradi di libertà

Innanzitutto, cosa intendo con Gradi di libertà aperti? Si tratta di gradi di libertà che contribuiscono direttamente all'errore di misura. può sono calibrate — e di solito lo sono — ma rappresentano delle sensibilità lineari. Un esempio classico è il movimento dei microlenti all’interno di un array di microlenti. A meno che non siano correttamente calibrate, questo movimento rende i sensori Shack-Hartmann praticamente inutilizzabili per misure accurate del fronte ondale.

Le sensibilità dei pixel della fotocamera sono “aperti”? Nel caso dei sensori Shack-Hartmann, le sensibilità dei rivelatori lineari sembrano essere aperte, poiché rielaborano individualmente le intensità registrate. Tuttavia, se si assume che queste sensibilità siano lineari e costanti, esse si annullano durante la calibrazione già effettuata per i punti di interesse.

Gli interferometri sono necessariamente accurati? No—ovviamente no. Molti fattori contribuiscono all’errore totale. Tuttavia, rispetto alla maggior parte delle soluzioni per la rilevazione del campo focale, i progettisti dei sistemi ottici dispongono di un certo grado di controllo. In Senslogic, dove sviluppiamo il nostro proprio sensore Shack-Hartmann, comprendiamo il valore della calibrazione di questi dispositivi e lo sforzo necessario per farlo correttamente. Ciò detto, quando si tratta di precisione assoluta, nulla è più affidabile della metrologia che può essere ricondotta a un singolo elemento di precisione.

Un esempio perfetto di questo è l'interferometro a fase variabile — o forse dovrei dire a interferometro a fase variabile, per sottolineare che la fase variabile è una tecnica applicata su una specifica configurazione dell’interferometro.

Shiftaggio di fase

Facciamo un breve riassunto del metodo di fase-shift e di ciò che di particolare lo caratterizza. In pratica, qualsiasi configurazione interferometrica può essere potenziata tramite il fase-shift, il che significa che uno dei due percorsi per la luce aggiunge un altro e ben noto intervallo sub-lunghezza d’onda per trasformare l’analisi dei frangenti in un’equazione semplice per la fase relativa tra i percorsi.

La fase-shift non è certo una tecnologia nuova e nella letteratura precedente troverete metodi piuttosto elaborati che prevedono molti passaggi di fase per ovviare alle carenze della tecnologia prevalente disponibile all’epoca. Tuttavia, lo step di fase di 90° introdotto fin dall’inizio offre una cancellazione degli errori così integrata che, per almeno due decenni, non vi era motivo di utilizzare altro per analizzare i sistemi di interferenza a due fasci.

L'espressione risultante per la fase è:,

dove l'indice indica il numero di passi di 90° che abbiamo effettuato con il nostro attuatore. A e B sono le ampiezze reali delle due onde interferenti, reali perché abbiamo spostato la differenza di fase tra loro nella fase. Ancora più importante è notare che, quando le intensità vengono registrate su una fotocamera, ogni pixel ci fornisce uno dei due esempi sopra descritti da risolvere, dove dobbiamo semplicemente dividere,

L’espressione precedente è ormai priva di A e B. Questo è in realtà un problema più grave, che potrebbe essere immediatamente evidente poiché sia A che B dipendono dalla sensibilità dei pixel della fotocamera, che registrano questi dati in una determinata posizione; ora sono scomparsi. Non abbiamo inoltre menzionato che ciascuna delle intensità potrebbe essere stata registrata in un laboratorio dove c’è una fonte di luce di fondo. Questo contributo è scomparso nella differenza tra intensità nei due membri della differenza.

La fase-passaggio a 90° viene talvolta applicata come misura 4+1, in cui viene misurata la fase spostata (apparentemente) di 360° e 90°. Come possa sembrare, l’approccio 4+1 sopprime le non linearità dei rivelatori di secondo e persino terzo ordine e gli errori di scala dell'attuatore. Il modulo PSI WaveMe offre sia i metodi 4-image che (4+1) image, che, se non altro, possono essere utilizzati per verificare che le ipotesi che possiamo avere riguardo alla nostra configurazione siano corrette.

Con il fase-shifting, dobbiamo innanzitutto assicurarci che le differenze tra le intensità rilevate riflettano solo l’effetto del nostro attuatore; poiché le immagini vengono registrate in momenti diversi, qualsiasi variazione temporale apparirà come un errore. Esistono metodi che rilevano simultaneamente tutte e quattro le fasi, ma ciò richiede una macchina fotografica completamente diversa e l’analisi degli errori sarà anch’essa molto diversa. James C. Wyant è un sostenitore molto rispettato di questo approccio.

Riassunto

Con questo intervento tecnico volevo illuminare alcune considerazioni da tenere in considerazione quando si deve scegliere tra un sensore Shack-Hartmann e un interferometro. Se si sceglie il primo, sul mercato sono disponibili prodotti ad alta risoluzione. Se la risoluzione non è ciò che si cerca, non si può fare molto se non cercare un’altra soluzione. Lo stesso vale se si necessita del termine “pistone” o della media della differenza di lunghezza del percorso. La scelta allora è quella dell’interferometro a fase di spostamento. Se non si è soddisfatti della risoluzione, si può scegliere un’altra macchina fotografica. La scelta è vostra. Questo non cambia nulla nell’applicazione. Nessuna nuova calibrazione. Per fare un esempio preso dal mio passato, dove capita di usare quello che c’era sul tavolo al momento, che era una macchina fotografica pensata per il video (non che questo sia una differenza così grande), ma il punto è che con una compensazione così integrata non è necessario preoccuparsi oltre la propria configurazione ottica.