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
Single-shot, simultaneous spatially resolved polarimetry and wavefront sensing with stress engineered optics
Institute of Optics, University of Rochester（罗切斯特大学光学研究所）
利用应力工程光学在肖克-哈特曼波前传感器中实现单帧测量，通过点扩散函数形状获取偏振信息，位移获取波前梯度，重建波前梯度。
2025-09-29 physics.ins-det physics.optics
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
Mitigating the Non-Linearities in a Pyramid Wavefront Sensor
本文针对金字塔波前传感器线性范围受限的问题，通过仿真探索用非线性机器学习模型估计波前误差，发现轻量级模型即可显著优于线性重建。
2023-12-02 astro-ph.IM physics.optics
Phase sensor for solar adaptive-optics
太阳自适应光学中的波前感测目前是用相关的Shack-Hartmann传感器来完成的，尽管相位测量的空间和时间分辨率随后受到在白天大气波动的频率下相关传感器信号所需的极快计算的限制。为了避免这种限制，提出了一种新的波前传感技术，利用太阳亮度，适用于扩展源。波前通过修改的马赫-曾德尔干涉仪发送。波前的一个小的中心部分被用作参考，并与波前的其余部分干涉。两个同时测量的干涉图案的对比度提供了波前相位的直接估计，不需要额外的计算。所提出的光学布局显示精确的初始对准是实现新的波前传感方案的关键点。
2011-04-13 astro-ph.IM physics.optics
Measuring spatio-temporal couplings using modal spatio-spectral wavefront retrieval
时空耦合的知识，如脉冲前倾斜或曲率是重要的，以确定高功率激光的聚焦强度。诊断这些耦合的常用技术要么是定性的，要么需要数百次测量。在这里，我们提出了一个新的算法检索时空耦合，以及新颖的实验实现。我们的方法是基于Zernike-Taylor基的空间谱相位的表达，使我们能够直接量化常见的时空耦合系数。我们利用这种方法进行定量测量，使用一个简单的实验装置，由不同的带通滤波器在前面的Shack-Hartmann波前传感器。这种使用窄带滤波器（缩写为NPCON）的激光耦合的快速获取在现有设施中容易且便宜地实现。为此，我们提出了一个测量的时空耦合在ATLAS-3000拍瓦激光器使用我们的技术。
2023-03-02 physics.optics
Toward practical weak measurement wavefront sensing: spatial resolution and achromatism
弱测量波前传感器像Shack-Hartmann传感器那样检测光的相位梯度。然而，使用一个薄的双折射晶体来位移光束导致两个偏振分量之间的波长依赖的相位差，这限制了实际应用。利用两块晶体组成的萨伐尔板与消色差延迟器相结合，可以补偿相位差，实现消色差波前传感。我们讨论了传感器的空间分辨率和实验重建的模式调制的波前。然后，我们得到了三个不同波长的Zernike系数调制前后。我们的工作使这种新的波前传感器更适用于实际的任务，如生物医学成像。
2022-05-25 physics.optics
Zonal reconstruction of photonic wavefunction via momentum weak measurement
波函数的直接测量引起了人们极大的兴趣，并发展了许多不同的方法。然而，当前技术的精度受到傅里叶变换透镜的使用的限制。这些测量方法需要剪切动量为P=0的粒子部分，这极大地限制了测量方法的效率和应用。本文提出并实验验证了一种结合动量弱测量技术和带状波前恢复算法直接测量二维光子波函数的方法。高斯和Laguerre-Gaussian波函数的实验很好地重建。我们的方法避免了使用傅里叶透镜和后选择的动量P=0。我们进一步将其应用于超高空间频率的波前测量，这是传统的夏克-哈特曼波前传感技术难以实现的。我们的工作扩展了量子弱测量的能力，将有助于波前传感。
2019-09-04 physics.optics quant-ph
Closing the loop as an inverse problem: the real-time control of THEMIS adaptive optics
本文提出将THEMIS太阳望远镜自适应光学控制环路建模为逆问题，通过实时估计波前斜率与噪声协方差并施加Kolmogorov时空约束求解最优指令，实现延迟低于300微秒的实时控制。
2023-11-29 astro-ph.IM physics.optics
Full vectorial field sensing using liquid crystal droplet arrays
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
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
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
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
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
Large dynamic range autorefraction with a low-cost diffuser wavefront sensor
具有薄漫射器的波前感测已经成为用于像差测量的小透镜阵列的潜在低成本替代方案。漫射波前传感器（DWS）先前依赖于跟踪散斑位移，因此需要相干照明。在这里，我们表明，焦散图案的位移可以跟踪估计波前梯度，使使用非相干光源和大动态范围的波前测量。我们比较的精度DWS的夏克-哈特曼波前传感器（SHWS）时，使用相干，部分相干，和非相干照明，在自动验光的应用。我们在模型眼睛中引入球面和柱面误差，并使用多级Demon的非刚性配准算法来估计相对于正视眼模型眼睛的焦散位移。当与使用部分相干照明的SHWS的球面误差测量相比时，DWS在动态范围方面表现出$\sim$ 5倍的改进（-4.0至+4.5 D vs. -22.0至+19.5 D），分辨率降低不到一半（0.072 vs. 0.116 D），使可解决处方的数量增加$\sim$ 3倍（118 vs. 358）。除了成本低40倍之外，与小透镜阵列相比，由漫射器形成的焦散图案的独特的非周期性性质使得像差测量的动态范围更大。
2018-12-30 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
Adaptive optics imaging with a pyramid wavefront sensor for visual science
金字塔波前传感器（P-WFS）已取代夏克-哈特曼（SH-）波前传感器，成为天文学中高性能自适应光学（AO）系统的首选传感器，因为它具有光瞳采样的灵活性、动态范围以及在闭环应用中提高的灵敏度。通常，P-WFS需要调制和高精度光学器件，这导致传感器的高复杂性和成本。这些因素限制了P-WFS相对于视觉科学中AO矫正的其他WFS器械的竞争力。在这里，我们提出了一种具有成本效益的实现AO校正与非调制PWFS，并将这种技术应用于人体视网膜在体内成像使用光学相干断层扫描（OCT）。据我们所知，首次在5名健康受试者中成功进行了基于P-WFS的高质量AO成像，并与基于常规SH-WFS的AO的性能进行了基准测试。最小的视网膜细胞，如中央凹锥光感受器是可视化的，我们观察到一个更好的质量与P-WFS记录的图像。该传感器的鲁棒性和多功能性在各种条件下的模型眼和在体内通过使用标准和扩展视野对视网膜中的其他结构进行高分辨率成像来证明。
2021-06-28 physics.med-ph 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
Full frame denoising for pyramid wavefront sensors
UK Astronomy Technology Centre（英国天文学技术中心）；Diamond Light Source（钻石光源）；Marseille Univ, CNRS, LAM, Laboratoire d'Astrophysique de Marseille（马赛大学、法国国家科学研究中心、天体物理学实验室）
针对低通量下金字塔波前传感器（PyWFS）的噪声问题，提出结合FFT加速分组与3D小波滤波的全帧去噪策略，经VLT规模SCAO系统模拟验证，可提升斯特列尔比、极限星等及PSF质量，扩展其对暗导星的适用范围。
2026-08-21 physics.optics
Using Graph Theory and a Plenoptic Sensor to Recognize Phase Distortions of a Laser Beam
大气湍流引起空气局部折射率的波动，这些波动在波传播时累积地干扰波的相位和振幅分布。这削弱了激光武器的有效射程以及自由空间光通信系统的性能。自适应光学（AO）可以用于在弱湍流情况下有效地校正波前畸变。然而，在强或深湍流，闪烁和光束分裂是常见的现象，传统的波前传感技术，如使用夏克-哈特曼传感器导致不正确的结果。因此，AO系统的性能将大大受损。我们提出了一种新的方法，可以确定在一个光束的主要相位失真瞬间，并引导AO设备，以补偿在几个迭代的相位失真。在我们的方法中，我们使用全光波前传感器将畸变光束成像到其4D相空间中。采用基于图论的快速重构算法识别激光光束的相位畸变，并控制声光器件进行相位补偿。因此，我们在我们的实验中表明，峰峰值高达22π的任意相位失真可以在几个迭代步骤内校正。全光传感器及其快速重建算法巧妙地避免了闪烁和分支点问题。在这篇文章中，我们将展示全光传感器的功能，快速重建算法以及光束校正的改进，当我们的方法被应用到AO系统。
2015-06-01 astro-ph.IM physics.optics
