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
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
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
Error propagation: a comparison of Shack-Hartmann and curvature sensors
自适应光学系统中的相位估计通过使用波前传感器（诸如Shack-Hartmann或曲率传感器）来计算。在任一情况下，相位估计的标准误差与测量的标准误差成比例;但是误差传播因子是不同的。我们计算曲率和夏克-哈特曼传感器的传感器的数量，n，在一个圆形的光圈依赖这些因素的比率。如果传感器间距保持不变，而光瞳放大，则该比率随n^0.4而增加。当更多的传感元件被容纳在同一个孔径上时，它甚至增加得更快，即与n^0.8成比例。在大量感测元件的情况下，这种增加可能限制曲率传感器的适用性。
2011-02-22 physics.ins-det physics.optics
Implementation and benchmarking of a crosstalk-free method for wavefront Zernike coefficients reconstruction using Shack-Hartmann sensor data
在波前表征中，通常使用Shack-Hartmann传感器和利用Zernike圆多项式的笛卡尔导数的重建方法（最小二乘法，在此称为方法A）的组合，已知这会引入串扰。在\citep{janssen2014zernike}中，波前Zernike系数的LMS估计器的无串扰解析表达式以波前偏导数的形式给出（导致我们称之为方法B）。在这里，我们展示了这个分析结果的实施，其中的衍生数据使用夏克-哈特曼传感器获得，并将其与传统的最小二乘法进行比较。
2018-07-09 physics.ins-det 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
Thermal lensing measurements of Ti: Sapphire crystal pumped at 80 MHz picosecond pulses by Shack-Hartmann wavefront sensor
当泵浦光聚焦到激光晶体上时，激光晶体中的热透镜效应占主导地位，从而引起局部加热效应。当晶体具有非均匀温度分布时，观察到的空间折射率变化。实验中采用中心波长为532 nm、重复频率为80 MHz、平均泵浦功率为25 ps的脉冲泵浦布儒斯特切割钛宝石晶体，通过衰减器控制泵浦功率，实现了晶体的热透镜效应。首先在~293 K温度下测量了热透镜效应，然后在~40 K温度下测量了热透镜效应。利用HASO 4夏克-哈特曼波前传感器，计算并测量了不同平均泵浦功率下的热透镜效应。
2019-04-25 physics.ins-det physics.optics
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
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
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
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
A method to determine the M2 beam quality from the electric field in a single plane
针对M2参数测量需多剖面数据的问题，提出一种从单平面电场分布计算M2的显式方法，并验证其有效性与局限性。
2023-05-12 physics.optics
Full vectorial field sensing using liquid crystal droplet arrays
Department of Engineering Science, University of Oxford（牛津大学工程科学系）
本文提出了一种基于喷墨打印液态晶体液滴阵列的低成本全矢量场传感器，通过波前分割偏振测量技术实现对光振幅、相位和偏振分布的同时测量。
2025-12-01 physics.optics
Accurate and Noise-Robust Wavefront Reconstruction with an Optical Vortex Wavefront Sensor
Wrocław University of Science and Technology（弗罗茨瓦夫科技大学）；The University of North Carolina at Charlotte（北卡罗来纳大学夏洛特分校）
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
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
Refractive multi-conjugate adaptive optics for wide-field atmospheric turbulence correction
Consiglio Nazional delle Ricerche, Institute of Photonics and Nanotechnology（意大利国家研究委员会光子学与纳米技术研究所）
本文提出了一种基于折射变形透镜的多共轭自适应光学系统，通过改进的光学设计提升了宽视场内的大气湍流校正效果，实验验证了其在自由空间光学通信中的应用潜力。
2026-03-25 astro-ph.IM physics.optics
Developing an Error Budget for the Nonlinear Curvature Wavefront Sensor
本文为非线性曲率波前传感器建立包含多种噪声源的空间域误差预算，证明其在多种环境下可优于夏克-哈特曼传感器，并指出主要挑战在于波前重建器的速度限制。
2023-12-03 astro-ph.IM physics.optics
Testing the near-infrared optical assembly of the space telescope Euclid
欧几里德是目前在欧空局宇宙愿景2015-2025计划框架内开发的太空望远镜。它解决了与暗物质和暗能量有关的基本宇宙学问题。两个科学关键仪器之一[组合近红外光谱仪和光度计（NISP）]的透镜系统是在马克斯·普朗克地外物理研究所（MPE）设计、组装和测试的。我们提出了两种互补的方法，即一个点扩散函数和Shack-Hartmann传感器为基础的波前测量的衍射限制的光学组件的最终成像质量。这些测试是在低温恒温器内的空间操作条件下进行的。欧几里德广角物镜的大视场是用一个枢轴臂采样的，携带着测量望远镜和传感器。一系列高精度的运动到几个领域的立场是由一个大型计算机控制的六足。这两种测量方法之间进行比较，并与相应的模拟。它们在整个视场上表现出良好的一致性，仅具有衍射限制的光学性能。
2019-07-30 astro-ph.IM physics.ins-det 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
Multiplexed wavefront sensing with a thin diffuser
本文提出一种基于薄散射片的单次多路复用波前传感方法，可同时测量多个等晕区的光瞳像差，并在宽场荧光显微镜中验证其能扩展有效校正视场。
2023-05-31 physics.ins-det physics.optics
Inverse designed full-Stokes polarimetric metasurface with simultaneous wavefront sensing for visible light
Brno University of Technology（布尔诺理工大学）；Meopta s.r.o.（梅奥塔有限公司）
本文提出一种反向设计的全斯托克斯极化表面，实现可见光波前传感与极化状态的同时测量，通过优化纳米结构几何和旋转，提升系统效率和精度。
2026-04-20 physics.app-ph physics.optics
Determining the Phase and Amplitude Distortion of a Wavefront using a Plenoptic Sensor
本研究设计了一种基于微型Keplerian望远镜阵列的全光传感器，搭配重建算法可实现大动态范围、低歧义的波前相位与振幅重建，能为大气湍流中的光束传播自适应光学调控提供支持。
2015-04-09 physics.ins-det physics.optics
