精准、灵活、高效——FIS4-NIR助力光栅分束光斑波前检测

光栅器件是光谱仪、激光合束、光通信等领域的关键元件，其分束波前质量直接决定器件性能。然而，0级、±1级多级次、多位置的透射波前畸变测量一直是行业难点——传统方法依赖复杂光路切换或反复拆装传感器，效率低、对准难。

2026年4月，工程师使用FIS4-NIR近红外波前传感器（工作波段1064nm），对2片光栅样片的0级及±1级分束光斑进行了系统性的透射波前检测，覆盖样片中心直径约10.6mm区域，对各光束左、中、右多个位置分别测试。

图 1检测光路图

传统技术路径的局限

常见透射波前测量方法包括泰曼格林干涉、斐索干涉、点衍射干涉及Shack-Hartmann波前传感。传统干涉法精度高，但依赖参考镜和严格隔振，光路复杂，对不同衍射级次测量时反复调整，对准困难。Shack-Hartmann传感器空间分辨率较低，局部畸变信号受限。常规仪器难以在不改变光路的情况下完成全场测试。

FIS4-NIR的技术路径与优势

FIS4-NIR近红外波前传感器基于四波前横向剪切干涉技术，单次采集即可同时获得X、Y方向剪切干涉图，通过傅里叶算法重建完整波前。传感器采用随机编码混合光栅与红外相机组合，后端像面干涉，对光源相干性要求低，无需移相，无需刻意寻找特定成像距离，普通成像系统即可实现nm级精度干涉测量，具有超高抗振性能、超高稳定性，无需隔振即可实现nm级精度测量。

检测目的与实验方法

实验系统：1064nm激光器 + 准直扩束模块 + FIS4-NIR波前传感器 + 待测光栅。

采用相对测量法：先采集空腔背景，再分别采集0级及±1级透射光斑的干涉图，减背景处理得到真实波前。

图 2检测区域示意图

主要测量结果

1号光栅样片：0级光束左侧、中间、右侧区域的波前畸变三维图及等高图如下图所示：

图 3  检测结果为PV：0.04080μm；RMS：0.00478μm

图 4检测结果为PV：0.02024μm；RMS：0.00274μm

图 5检测结果为PV：0.05583μm；RMS：0.00778μm

1号光栅样片：-1级光束左侧、中间、右侧区域的波前畸变三维图及等高图如下图所示：

图 6  检测结果为PV：0.11904μm；RMS：0.02107μm

图 7检测结果为PV：0.08688μm；RMS：0.01514μm

图 8检测结果为PV：0.09755μm；RMS：0.01594μm

1号光栅样片：+1级光束左侧、中间、右侧区域的波前畸变三维图及等高图如下图所示：

图 9  检测结果为PV：0.10405μm；RMS：0.01793μm

图 10检测结果为PV：0.10010μm；RMS：0.01575μm

图 11检测结果为PV：0.10432μm；RMS：0.01818μm

FIS4-NIR在同场景下的核心优势

✅  一次采集，纳米级精度

实测0级RMS低至2.74nm，±1级RMS稳定在7-21nm

✅  灵活定位，多级次测量

FIS4-NIR体积小巧，可自由移动至0级或±1级光斑，无需改变光路

✅  无需隔振，常规环境可用

温度23℃±3℃，湿度55±5%RH，无隔振平台，数据清晰稳定

✅  相对测量，扣除系统误差

空腔背景减除，消除扩束镜等元件自身像差干扰

本次测试证明：FIS4-NIR对光栅器件0级及±1级分束光斑的透射波前检测，具备高效率、高精度、灵活且成本可控的特点。它将多级次、多位置的复杂检测问题，转化为共光路自干涉信息反演，大幅降低了对隔振环境和参考镜的依赖。

当然，FIS4系列波前传感器并不仅限于此。本次测试基于FIS4-NIR近红外波段型号（工作波段1064nm），FIS4系列除了应用于近红外场景，还可选用白光波段（400-1100nm）、长波红外波段（8-14μm）、紫外波段（200-400nm，512×512相位点分辨率），基本覆盖了从紫外到长波红外的全波段需求。