在精密光学检测领域，计算机生成全息图（CGH）被誉为非球面与自由曲面检测的“度量衡”。但在实际应用中，工程师常面临一个核心选择：是选振幅型（Amplitude-type CGH）还是相位型（Phase-type CGH）？

      这不仅是加工工艺的差异，更关乎被测件材料特性与杂光抑制能力。今天，知行光学为您深度拆解这两类 CGH 的核心差异。

 

振幅型CGH和位相型CGH对比

 

一、 选型底线：由“被测材料”决定

      在选择 CGH 类型时，首要考量因素是被测表面的反射率。干涉检测的核心在于参考光与测试光的“强度匹配”，只有两束光强度相近，条纹对比度才最好。

振幅型 CGH：高反射率材料的首选

      如果您的被测件是金属、单晶硅（Si）、改性碳化硅（SiC）或金属锗（Ge），这些材料具有较高的反射率。振幅型 CGH 自身的衍射效率较低（约 10%），正好能与高反射率的回光达成强度平衡，避免干涉图过亮导致像素饱和。

相位型 CGH：低反射率材料的救星

      对于光学玻璃、石英、微晶玻璃等材料，其表面反射率通常极低。如果使用振幅型 CGH，回光信号会极其微弱，淹没在背景噪声中。此时必须使用相位型 CGH，利用其高达 40% 以上的衍射效率，“压榨”每一束宝贵的信号光，从而获得高对比度的清晰条纹。

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二、 杂光抑制：相位型的“降噪”魔法

      在 CGH 设计与检测中，0 级次（透射光）和 2 级次（高阶衍射）是极难分离的杂光。如果处理不好，它们会叠加在主测量波前上，导致面形数据出现伪影或周期性噪声。

●  振幅型： 能量分布在多个级次中，0 级和 2 级能量显著，对空间频率过滤（Spatial Filtering）的要求极高。

●  相位型： 通过精确设计的刻蚀深度，相位型 CGH 可以在物理层面上实现“能量转移”。它可以极大地抑制 0 级和 2 级次的能量，将光能高度集中在所需的 +1 级测量波前上。这种天然的选频特性，让干涉仪屏幕上的背景变得极其干净，测量数据更加可靠。

举例：以4%反射率的非球面待测镜片为例，我们来对比一下振幅型CGH和相位型CGH的条纹对比度：

已知条件：

●  干涉仪参考面 (TF) 透过率 (T_TF): 96%

●  干涉仪参考面 (TF) 反射率 (R_TF): 4% (作为参考光 Ir)

●  被测零件表面反射率 (Rs): 4% (光学玻璃)

●  对比度公式: V = [2 * sqrt(Ir * It)] / (Ir + It)

1. 振幅型 CGH：信号的“极限挑战” 光线从干涉仪射出，经过参考面 (TF) 透过，往返经过 CGH，最后折返回干涉仪：

●  参考光强度 Ir: 4% = 0.04

●  测量光强度 It: It = T_TF * 衍射效率_in * Rs * 衍射效率_out * T_TF 其中衍射效率为 10%： It = 0.96 * 0.10 * 0.04 * 0.10 * 0.96 = 0.00037

●  条纹对比度 V_amp: V = [2 * sqrt(0.04 * 0.00037)] / (0.04 + 0.00037) = 0.189

2. 相位型 CGH：能量的“黄金比例”

●  参考光强度 Ir: 0.04

●  测量光强度 It: 其中相位型衍射效率为 40%： It = 0.96 * 0.40 * 0.04 * 0.40 * 0.96 = 0.00589

●  条纹对比度 V_phase: V = [2 * sqrt(0.04 * 0.00589)] / (0.04 + 0.00589) = 0.668

●  下图给出了仿真生成的对比度V=0.189和对比度V=0.668的差异对比

 

不同对比度的干涉条纹

 

三、 加工工艺路线全解析

两者的加工起点相同，但在“成形”阶段分道扬镳。

1. 振幅型 CGH：金属膜的“减法”艺术

●  工艺： 在石英基底上溅射铬（Cr）膜，通过激光或电子束直写图案，再进行金属湿法刻蚀。

●  结果： 形成“透光”与“不透光”相间的图案。其精度取决于刻划设备的位置精度（知行光学可达3sigma <20nm）。

2. 相位型 CGH：石英基底的“雕刻”工艺

●  工艺： 在振幅型的基础上，增加一道关键工序——离子束刻蚀（IBE）或反应离子刻蚀（RIE）。

●  深度控制： 刻蚀深度必须严格匹配检测波长。对于 633nm的使用波长，刻蚀深度通常精确控制在纳米级，以确保相位差恰好实现光能的最优分布及杂光抑制。

 

CGH加工流程图

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四、 知行光学的特色方案：混合加工工艺

      在现场装调中，行业内有一个公认的痛点：全相位型 CGH 虽然能量高，但其对准区域是反射使用，反射率较低会导致条纹对比度很低，尤其是对准级次为3级衍射光的时候，现场调试异常困难。

      为此，知行光学（Ningbo Zhixing Optical）开发了独有的工艺：

核心技术：对准区振幅 + 主区域相位

●  主测量区域（相位型）： 针对光学玻璃、微晶等低反射率材料，提供高效率、低杂光的测量波前，确保测试区域的高对比度。

●  对准标记区（振幅型）： 特意保留金属铬膜结构，提升对准区域条纹对比度，让工程师在装调光路时，能瞬间捕捉光点，大幅提升工作效率。

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五、 总结：如何选型？

 

需求场景	推荐 CGH 类型	核心理由
被测件为金属/硅/锗/SiC	振幅型	强度匹配，性价比高
被测件为玻璃/石英/微晶	相位型（知行混合型）	信号强，条纹对比度高
杂光干扰严重/对准困难	知行混合型	抑制 0/2 级杂光，且对准极快

 

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