Single-shot quantitative aberration and scattering length measurements in mouse brain tissues using an extended-source Shack-Hartmann wavefront sensor
由于散射和光学像差引起的信号和分辨率损失，哺乳动物脑组织中的深度荧光成像仍然具有挑战性。使用自适应光学（AO）校正像差需要它们在组织中的可靠测量。在这里，我们表明，扩展源夏克-哈特曼波前传感器（ESSH）允许定量像差测量通过固定的大脑切片的厚度高达四倍的散射长度。我们特别证明，这种波前测量方法的基础上，图像相关性是更强大的散射相比，标准的质心为基础的方法。最后，我们得到的组织散射长度的测量利用的几何形状的夏克-哈特曼传感器。
2022-03-17 physics.bio-ph physics.optics
Shack Hartmann wavefront sensor with array of phase coded masks
夏克-哈特曼波前传感器（SHWS）通常用于测量光束的波前曲率。这些传感器的测量精度和灵敏度是更好的波前传感的重要因素。在本研究中，我们展示了一种新型SHWS，其测量精度比常规SHWS更好。用编码相位掩模阵列代替常规SHWS中的小透镜阵列，并利用编码孔径相关全息（COACH）原理进行波前重构。通过COACH实现的更尖锐的相关峰提高了所测量的波前的估计的局部斜率的精度，并且因此提高了整体波前的重建精度。实验结果证实，该方法提供了一个更低的均方波前误差的一个数量级相比，定期SHWS。
2021-05-30 physics.optics
Detecting momentum weak value: Shack-Hartmann versus a weak measurement wavefront sensor
波前传感的任务是测量光场的相位。在这里，我们证明了广泛使用的夏克-哈特曼波前传感器检测的横向动量的弱值，通常通过量子弱测量的方法来实现。我们将其输入态扩展到部分相干态，并将其与具有更高空间分辨率但动态范围较小的弱测量波前传感器进行了比较。由于弱值常用于研究基础量子物理和量子精密测量，我们的工作将在这些领域中找到必要的应用。
2022-05-02 physics.optics quant-ph
Shack-Hartmann sensor as an imaging system with a phase diversity
根据Shack-Hartmann传感器的原始数据进行波前重建的传统方法使用焦斑移位并且丢弃关于波前的高频信息。基于相位恢复的方法将哈特曼图案视为衍射图像，并使用瑞利-索末菲传播来估计波前，具有更高的精度和分辨率。在这封信中，我们提出了一种新的方法，相位恢复为基础的重建考虑哈特曼模式作为一个点扩散函数的一般成像系统与一个特殊类型的相位多样性。该模型不仅允许使用任何相位恢复算法来重建波前，而且还允许分析基于相位恢复的方法的局限性。我们证明了这种方法的有效性的模拟和实验数据。
2020-11-02 eess.IV physics.optics
Moment-based space-variant Shack-Hartmann wavefront reconstruction
提出一种基于图像矩理论的空间变化Shack-Hartmann波前重建方法，利用子图像矩与局部变换系数关系及方形导星求解，降低了计算复杂度，并通过分块PSF图像恢复验证有效性。
2023-04-13 physics.optics
Nonlinear refractive index of electric field aligned gold nanorods measured with a Hartmann-Shack wavefront aberrometer
动态控制等离子体悬浮液的非线性折射率的能力可以实现创新的非线性传感和信号发送纳米技术。在这里，我们实验确定的有效非线性折射率的金纳米棒悬浮在一个指数匹配油对齐使用电场，展示了一种方法来调制的非线性光学性能的悬浮液。利用哈特曼-夏克波前像差仪在高重复频率飞秒激光准直光束中进行了非线性光学实验。在800 nm处探测悬浮液，与纳米棒的长轴吸收峰重叠。我们发现，金纳米棒悬浮液的有效非线性折射率线性依赖于取向序参量，S，这可以理解的热致非线性响应。我们还表明，非线性响应的幅度可以变化~ 60%。
2018-07-06 physics.optics
Space-variant Shack-Hartmann wavefront sensing based on affine transformation estimation
在深部组织成像中，存在着波前重构的空变问题。在本文中，我们提出了一个框架的Shack-Hartmann波前空变传感与扩展源照明。空间变化的波前被建模为一个四维函数，其中两个dimensionsare在空间域和两个在傅立叶域的先验，都轻轻地变化。这里，仿射变换被用来表征波前空变函数。实验和仿真结果表明，与传统的空不变相关法相比，空变波前重构精度提高了2 ~ 4倍。
2022-10-12 physics.optics
Generalized Hartmann-Shack array of dielectric metalens sub-arrays for polarimetric beam profiling
为了定义和表征光学系统，获得关于光束的振幅、相位和偏振分布的信息是至关重要的。使用体光学的偏振测定法被很好地建立以表征偏振状态。最近，超表面和超透镜已被成功地引入作为紧凑的光学部件。在这里，我们通过实现超透镜2*3子阵列的阵列，将超表面概念带到系统级，从而允许确定光束的偏振分布。我们使用的硅基超透镜的数值孔径为0.32和平均测量的衍射效率在1550 nm波长的透射模式为28%。再加上一个标准的相机记录的阵列焦点，我们的系统是非常紧凑，并允许通过检查焦点振幅实时光束诊断。通过进一步分析焦点位移的Hartmann-Shack波前传感器的精神，我们可以同时检测相位梯度轮廓。作为应用实例，我们诊断了径向偏振光束、方位偏振光束和涡旋光束的偏振轮廓。
2018-07-18 physics.optics
Wavefront sensing based on the inverted Hartmann sensor
经典的哈特曼测试由一系列孔组成，以从每个焦斑的局部偏差重建波前，Shack-Hartmann传感器改进了微透镜阵列。这种微透镜阵列在波前不进入可见波长时施加了实际限制，例如，制造这些。相反，我们提出了一种波前传感技术，使用一系列圆形障碍物，即，具有倒置哈特曼阵列的哈特曼传感器。我们证明了在相同条件下，倒置哈特曼传感器和夏克-哈特曼波前传感器具有等效的光斑图来恢复波前。该方法可用于非可见光波段，应用范围更广。
2019-11-28 physics.optics
Near ground horizontal high resolution $C_n^2$ profiling from Shack-Hartmann slope and scintillation data
CO-SLIDAR是近地面$C_n^2$剖面测量的一种非常有前途的技术。它利用专用波前传感器获得的相位和闪烁测量值，并允许在瞳孔和光源之间的全视线上进行轮廓分析。这种技术被应用到一个相关的仪器的基础上的中红外Shack-Hartmann波前传感器，耦合到一个0.35米的望远镜，观察两个合作的来源。本文介绍了第一个全面的说明的CO-SLIDAR方法的背景下，近地面光学湍流计量。它包括介绍的物理原理的测量，我们的无监督的$C_n^2$轮廓重建策略连同重建值的误差条估计。在Lannemezan（法国）的实验活动期间，在一个异质的农村景观中获得的数据的应用程序表明，能够获得配置文件的采样间距约为220米，超过2.7公里的视线。检索的$C_n^2$配置文件，并讨论了它们在空间和时间的变化。
2021-11-13 astro-ph.IM physics.ao-ph physics.ins-det
Real-Time Megapixel Kilohertz Neuromorphic Shack-Hartmann Wavefront Sensor
National Research Center for Optical Instrumentation, Zhejiang University（国家光学仪器创新中心，浙江大学）；Central Research Institute of Sunny Optical Technology（舜宇光学科技中央研究院）
针对传统夏克-哈特曼波前传感器的局限，提出实时、兆像素、千赫兹神经形态SHWFS，在静态和动态场景测试中表现出色，能降低波前重建误差，实现高速质心跟踪及高吞吐量处理，建立了统一神经形态框架。
2026-07-29 physics.optics
Zonal shape reconstruction for Shack-Hartmann sensors and deflectometry
本文针对Shack-Hartmann等传感器的区域形状重建，指出了经典Fried和Southwell模型因逐点导数假设引入偏差，提出一种无偏数据形成模型与正则化MAP重建方法，在自由曲面镜偏折测量中降低了总形状重建误差。
2024-10-10 eess.IV physics.optics
Optical measurements of phase steps in segmented mirrors - fundamental precision limits
相位阶跃是由大口径望远镜的分块镜产生的一种重要的波前像差。在闭环校正周期中，必须使用自然参考星以尽可能高的精度测量这些相位阶跃，即使用少量光子。在本文中，经典的Fisher统计信息用于计算Cramer-Rao界限，它确定了精度的限制，其中的台阶的高度可以估计在一个无偏的方式与给定的光子数和一个给定的测量设备。四种类型的测量设备进行了讨论：一个小的圆柱形小透镜覆盖一个子孔径中心的边界，一个修改后的马赫-曾德尔干涉仪，傅科测试，和曲率传感器的夏克-哈特曼传感器。在理想条件下计算所有传感器的Cramer-Rao界限，理想条件是除了光子散粒噪声之外没有额外噪声或干扰的窄带测量。这个极限是比较与最终的量子统计极限的估计这样一个步骤，这是独立的测量设备。对于Shack-Hartmann传感器，宽带测量，有限采样，和干扰，如大气看到和探测器读出噪声的Cramer-Rao界的影响也进行了研究。这里提出的方法可以用来比较各种设备的精度限制，用于测量相位阶跃和优化设备的参数。在理想条件下，夏克-哈特曼和福柯装置几乎达到了量子统计极限，而马赫-曾德尔和曲率装置则需要大约20倍的光子才能达到同样的精度。
2006-04-07 physics.optics
Wavefront sensing reveals optical coherence
波前传感是一组提供有效手段来确定光学波前的形状或其与理想参考的偏差的技术。由于其宽的动态范围和高的光学效率，Shack-Hartmann是目前使用最广泛的传感器。在这里，我们表明，它实际上执行的入射辐射的位置和角谱的同时测量，因此，当与以前开发的用于量子信息处理的层析成像技术相结合时，Shack-Hartmann可以在重建信号的完整的相干特性。我们证实了这些预测与部分相干涡旋光束的实验表征，这种情况下，不能用标准工具处理。这似乎表明，迄今为止采用的传统方法没有充分利用登记数据的潜力。
2014-02-13 physics.optics quant-ph
Phase imaging by spatial wavefront sampling
相位成像技术提取场景的光程长度信息，而波前传感器提供光学波前的形状。由于这两种应用具有不同的技术要求，因此它们开发了自己的特定技术。在这里，我们展示了如何执行相位成像结合波前采样使用可重构空间光调制器与光束位置检测器。其结果是一个时间复用的检测方案，能够大大缩短压缩感测。这种鲁棒的无参考方法不需要传统干涉测量所需的相位展开算法，并且其无小透镜的性质消除了Shack-Hartmann传感器中通常存在的权衡。
2017-11-11 physics.optics
Accurate and Noise-Robust Wavefront Reconstruction with an Optical Vortex Wavefront Sensor
本文提出在Shack-Hartmann波前传感器子孔径中引入光学涡旋，通过专用跟踪算法在宽信噪比范围内降低残余相位方差，实现精确抗噪的波前重建，无需根本性重新设计。
2025-10-09 physics.optics
Quantitative Wavefront sensing with static Foucault and pyramid tests
本文提出两种基于反射棱镜和梯度密度滤光片的静态非调制波前传感器设计，通过简化数学模型实现波前斜率重建与波前计算，模拟证明其测量精度满足经典衍射极限判据。
2025-07-18 physics.optics
Experimental Trials With The Optical Differentiation Wavefront Sensor For Extended Objects
通常使用的波前传感器，例如Shack Hartmann波前传感器和金字塔波前传感器，具有大的动态范围或高灵敏度，以一种状态交换另一种状态。一种新型的波前传感器正在开发中，目前正在亚利桑那大学天文自适应光学中心进行测试。该传感器建立在线性光学微分理论的基础上，通过在中间焦平面中使用线性的、空间变化的半波片。这些滤波器与偏振分束器一起将光束分成四个光瞳图像，类似于金字塔波前传感器产生的图像。然后从这些图像中包含的局部波前斜率信息重建波前。ODWFS非常适合扩展对象的波前传感，因为它的动态范围大，因为它在光瞳平面中工作，即使对于任意形状的源，也可以实现片上再现。我们已经组装的ODWFS上使用32 × 32平方1000致动器变形镜的试验台上引入像差到一个模拟的望远镜光束。我们目前正在测试系统的空间频率响应，并将所得数据与数值模拟进行比较。本文介绍了这些初步实验的结果。
2022-08-17 astro-ph.IM physics.optics
Metasurface-encoded optical neural network wavefront sensing for high-speed adaptive optics
CFD Research Corporation（CFD研究公司）；US Army Space and Missile Defense Command（美国陆军太空与导弹防御司令部）
本研究提出了一种基于元表面编码的混合光电子神经网络波前传感器，实现超高速、低成本的波前传感与校正，提升自由空间通信系统性能。
2026-02-18 physics.optics
