Wavefront-sensing with a thin diffuser
我们提出并实现了一个宽带，紧凑，低成本的波前传感方案，只需放置一个薄的漫射器在附近的相机。局部波前梯度由散斑图案的局部平移确定。平移矢量图的计算得益于一个快速的同构图像配准算法和整合重建波前轮廓。散斑颗粒在局部波前倾斜下的简单平移由漫射器的所谓“记忆效应”确保。定量波前测量的实验证明，无论是少数第一泽尔尼克多项式和相位成像应用需要高分辨率。最后，我们提供了一个理论描述的分辨率限制，实验支持。
2017-10-10 physics.optics
Angle-sensitive pixel design for wavefront sensing
传统的图像传感器仅响应于入射光波的强度变化。通过将波前信息编码到平衡检测方案中，我们展示了能够同时检测局部强度和波前信息的图像传感器像素设计。由于完全兼容CMOS制造工艺，所提出的像素设计可以使各种应用受益，包括相位显微镜，无透镜成像和机器视觉。
2013-04-27 physics.optics
Compressive Wavefront Sensing with Weak Values
我们展示了一种基于压缩传感、单像素相机的波前传感器。利用高分辨率空间光调制器（SLM）作为可变波片，实现了光场横向位置自由度和偏振自由度的弱耦合。通过在SLM上放置随机的二进制图案，偏振用作直接测量波前的实部和虚部的随机投影的仪表。然后，压缩感测技术可以恢复波前。我们仅从10，000个投影中获取波前的高质量256x256像素图像。光子计数探测器的灵敏度低于皮瓦。
2014-05-14 physics.optics quant-ph
Fast single pixel modal wavefront sensing using neural networks
提出一种使用单个光电二极管和快速反射镜结合神经网络的单像素波前传感技术，在2kHz速率下有效克服强湍流中的模态串扰，实现99%最佳Strehl比，解决了卫星光通信中缺乏快速相机的难题。
2024-03-21 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
Joint optimization of wavefront sensing and reconstruction with automatic differentiation
高对比度成像仪器需要极端的波前控制来直接成像系外行星。这需要高度敏感的波前传感器，其最佳地利用可用光子来感测波前。在这里，我们建议使用自动微分数值优化傅里叶滤波波前传感器。首先，我们优化波前传感器的灵敏度为不同的孔径和波前分布。在单色光的假设下，我们发现传感器比目前使用的传感器更敏感，并且接近理论极限。随后，我们直接最小化的残留波前误差，通过联合优化的传感和重建。这是通过连接波前传感器和重建器的可微模型并使用基于梯度的优化器交替地改进它们来完成的。我们还允许使用卷积神经网络的波前重建中的非线性，这扩展了波前传感器的设计空间。我们的研究结果表明，优化可以导致波前传感器，目前使用的波前传感器的性能有所改善。所提出的方法是灵活的，原则上可以用于任何波前传感器的结构与自由的设计参数。
2022-09-13 astro-ph.IM physics.optics
Differential wavefront sensing and control using radio-frequency optical demodulation
差分波前传感是优化许多精密干涉实验性能的一项重要技术。也许最广泛的应用是使用象限光电二极管测量的射频搏动进行对准感测。在这里，我们提出了一种新的技术，使用光学解调测量这种光学拍在显着更高的分辨率，使用商业实验室设备。我们的实验表明，捕获的图像可以进行数字处理，以产生波前误差信号，并使用这些在一个闭环控制系统，用于校正波前误差的对准和模式匹配的光束进入光学腔，以99.9%。该实验为当与高阶波前致动器配对时甚至高阶误差的校正铺平了道路。这种感测方案可以用于优化由耦合腔组成的复杂干涉仪，例如在引力波检测器中发现的那些，或者仅仅用于在外差干涉仪桌面实验中感测高阶波前误差。
2021-02-26 physics.ins-det 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
Detection of phase singularities with a Shack-Hartmann wavefront sensor
虽然自适应光学系统能够去除偏振光束中的适度波前畸变，但出现在强偏振光束中的相位奇异性会严重降低这种自适应光学系统的性能。因此，探测这些相位奇异性是强闪烁自适应光学的一个重要方面。我们调查的相位奇点的检测与援助的夏克-哈特曼波前传感器，并表明，尽管一些系统的缺陷固有的夏克-哈特曼波前传感器，它可以用于可靠的检测相位奇点，无论其形态。我们提供了完整的分析结果，以及检测过程的数值模拟。
2006-11-20 physics.optics
Multi-color Wavefront Sensor using Talbot effect for High-order Harmonic Generation
本文提出并首次验证了基于Talbot效应的多色波前测量新方法，可在单次扫描中重建三个谐波的波前，为研究高次谐波产生中的多色波前及阿秒脉冲形成的超快动力学提供了新工具。
2024-02-06 physics.optics
Reference-less complex wavefields characterization with a high-resolution wavefront sensor
波前传感是一种广泛使用的非干涉、单次发射和定量技术，提供光束的空间相位。通过对所测量的波前梯度进行积分来获得相位。复杂和随机波场本质上包含与非保守梯度相关的高密度奇异相位结构（光学涡旋），使得该积分步骤特别精细。在这里，使用高分辨率的波前传感器，我们实验证明了一个系统的方法，实现完整的和定量的重建复杂的波前。基于斯托克斯定理，我们提出了一种图像分割算法，以提供一个准确的确定的电荷和位置的光学涡旋。该技术有望在多个需要复杂介质表征的领域得到应用。
2021-07-08 physics.optics
Developing a Wyne Corrector for higher spectral bandwidth focal plane wavefront sensing
本文设计并测试了Wyne校正器原型，旨在消除色差导致的散斑径向模糊，将焦平面波前传感的光谱带宽从低于1%提升至50%，从而支持超过50倍的高速波前传感，实验验证了其可行性和性能提升潜力。
2024-07-17 astro-ph.IM 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
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
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
High-efficiency Electro-Optic Lens for radio frequency beam wavefront modulation for mode mismatch sensing
本文提出基于射频波前曲率调制的模式失配传感方案，利用电光透镜和模式转换望远镜产生非零传感信号，并通过解析与数值分析指导高效率光束设计。
2025-02-19 physics.optics
Multi-dimensional wavefront sensing using volumetric meta-optics
理想的成像系统将有效地捕获有关光的所有基本属性的信息：强度，方向，波长和偏振。最常见的成像系统仅将光的空间自由度映射到二维图像传感器上，以效率为代价增加了一些波长和/或偏振鉴别。因此，光学中最有趣的问题之一是如何对多个自由度进行分组和分类，并将它们映射到二维传感器空间。在这里，我们通过模拟表明，体积元光学元件组成的高度散射，反向设计的介质结构与亚波长分辨率可以同时排序光的方向，波长和偏振。这是通过将这些属性映射到图像传感器上的像素的不同组合来完成的，用于压缩感测应用，包括波前感测、光束轮廓分析和下一代全光传感器。
2023-01-24 physics.optics
Error analysis of moment-based modal wavefront sensing
焦点调制的点扩散函数（PSF）的形状被用作PSF中的像差模式的快速视觉评估工具。形状矩方面的进一步分析可以允许以与典型波前传感器的精度相当的精度量化模态系数。在这封信中，基于矩的波前传感的误差分析描述的像素和光子/读出噪声。所有分量高度依赖于（未知的）PSF形状，但是可以从以合理的空间分辨率采样的测量的PSF和光子计数来估计。数值模拟验证了该模型一致地预测了基于矩的波前传感的模态估计误差的行为。
2014-08-08 astro-ph.IM physics.ins-det physics.optics
Single-Shot Phase Diversity Wavefront Sensing in Deep Turbulence via Metasurface 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）
提出基于纳米结构双折射超表面的单次相位差分校正波前传感方法，以紧凑低延迟装置在强湍流下实现平均16倍信号增强。
2024-10-24 cs.CV 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
Wavefront Sensor for Laser Beams Based on Reweighted Amplitude Flow Algorithm
Hilase Centre, Institute of Physics, ASCR（Hilase中心，捷克科学院物理研究所）；Faculty of Nuclear Sciences and Physical Engineering, Czech Technical University in Prague（布拉格捷克理工大学核科学与物理工程学院）
基于加权振幅流算法的激光束波前传感器，利用数字微镜设备实现参考自由的波前重建，适用于高空间分辨率和大动态范围的激光应用。
2026-02-11 physics.optics
Reaching the fundamental sensitivity limit of wavefront sensing on arbitrary apertures with the Phase Induced Amplitude Apodized Zernike Wavefront Sensor (PIAA-ZWFS)
本文提出相位诱导振幅变迹泽尼克波前传感器（PIAA-ZWFS），通过非球面透镜改进标准ZWFS，在任意孔径上达到每光子1/2弧度rms的基本灵敏度极限，并可与PIAA-CMC日冕仪集成，适用于高对比度成像。
2023-10-16 astro-ph.IM physics.optics
Focal-plane wavefront sensing with photonic lanterns I: theoretical framework
光子灯笼（PL）是一种锥形波导，可以有效地将光耦合到多个单模光纤中。目前正在考虑将这种装置用于一些任务，包括望远镜和高分辨率光纤光谱仪的耦合、相干检测、调零干涉测量和涡旋光纤调零（VFN）。结合这些用例，PL可以同时执行低阶焦平面波前感测。在这项工作中，我们提供了一个数学框架的光子灯笼波前传感器（PLWFS）的分析，推导线性和高阶重建模型以及度量，通过该传感性能-无论是在线性和非线性制度-可以量化。该框架可以扩展到考虑额外的光学器件，如光束整形光学器件和涡旋掩模，并且可推广到其他波前传感架构。最后，我们提供了初步的数值验证我们的数学模型，通过模拟一个6端口PLWFS。在配套文件中，我们提供了一个更全面的数值表征少端口PLWFSs，并考虑如何控制和优化这些设备的传感性能。
2022-08-22 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
Moment analysis of focus-diverse point spread functions for modal wavefront sensing of uniformly illuminated circular-pupil systems
提出了一种新的利用焦点分散的点扩散函数进行模式波前传感的概念。这是基于测量的PSF的相对简单的图像矩分析，这将其与其他焦平面波前传感技术（FPWFS）区分开来。所提出的几何分析表明，图像的时刻是波像差系数的非线性函数，但注意到，焦点多样性（FD）基本上是从别人的关注的系数，导致一组线性方程，其解决方案对应于模态系数估计。所提出的概念验证模拟表明，特别是在WFS中具有强烈畸变的高SNR对象的概念的潜力。
2012-02-24 astro-ph.IM physics.ins-det physics.optics
Optical wavefront phase-tilt measurement using Si-photonic waveguide grating couplers
本文提出两种基于硅光子波导光栅耦合器的波前相位倾斜传感器，分别利用光栅角度依赖性和干涉电路实现高灵敏度波前监测，无需体光学元件，可扩展用于自适应光学系统。
2023-09-20 physics.optics
Theory of Airy-Beam Wavefront Sensing
Chester F. Carlson Center for Imaging Science, Rochester Institute of Technology（切斯特·F·卡尔森成像学中心，罗切斯特理工学院）
提出基于反向加速艾里光束干涉的新型波前传感框架，通过立方相位函数生成两束相干艾里光束，利用其干涉图样恢复畸变波前，均方根误差低于10^-6弧度，无需收集光学元件，适用于电子光学及增强/虚拟现实系统。
2026-09-24 physics.optics quant-ph
Spectrally resolved single-shot wavefront sensing of broadband high-harmonic sources
波前传感器是表征极紫外辐射相干光束的重要工具。然而，传统的哈特曼型传感器不允许对光束中可能存在的不同光谱分量进行独立的波前表征，这限制了它们对于固有宽带高次谐波产生（HHG）源的适用性。在这里，我们介绍了一个波前传感器，测量波前的所有谐波在HHG光束在一个单一的相机曝光。通过在不同方向上用透射光栅代替掩模孔，我们同时检测谐波波前和光谱，并获得对时空结构如脉冲波前倾斜的灵敏度。我们展示了传感器的能力，通过并行测量的波长范围在25和49 nm之间的9个谐波的波前，高达λ/32的精度。
2017-12-12 physics.app-ph physics.ins-det 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
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
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
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
Extremely fast focal-plane wavefront sensing for extreme adaptive optics
我们提出了一种非常有前途的方法来快速检测和校正小波前误差的自适应光学系统。由于我们的算法的计算复杂度大致与执行器的数量成正比，因此它特别适合于具有10，000到100，000个执行器的系统。我们的方法是基于顺序相位分集和简单的关系之间的点扩散函数和波前误差的情况下，小的像差。由可变形反射镜本身引入的相位分集的特定选择使波前误差以及计算复杂度最小化。该方法非常适合点源的高对比度天文成像，例如直接检测和表征恒星周围的系外行星，即使在存在抑制衍射图案的日冕的情况下也能工作。Korkiakoski等人在这些会议记录中的随附论文描述了使用数值模拟和实验室测试的算法性能。
2012-07-13 astro-ph.IM 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
Focal-plane wavefront sensing with high-order adaptive optics systems
我们研究了在具有波前校正装置的自适应光学系统中校准非共路像差的方法，该波前校正装置以极高的分辨率（大于150 × 150）工作。我们使用连续收集的焦平面图像，相应的相位分集信息和数值有效的算法来计算所需的波前更新。迭代地应用波前校正，直到算法收敛。研究了不同的方法。除了标准的Gerchberg-Saxton算法之外，我们还测试了Fast & Furious算法的扩展，该算法使用三幅图像并创建瞳孔幅度的估计。我们还测试了最近提出的相位恢复方法的基础上凸优化。结果表明，在我们考虑的框架中，使用类似于Fast & Furious的算法，校准任务是最简单的。
2014-09-12 astro-ph.IM 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
Integrated modeling of wavefront sensing and control for space telescopes utilizing active and adaptive optics
本研究针对未来空间望远镜日冕仪的极端波前校正需求，构建了结合主动与自适应光学技术的波前传感与控制集成模型，利用光线追踪和物理光学传播量化了星光抑制与波前传感器信噪比的关系。
2023-09-11 astro-ph.IM 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 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
Performance Validation of Coded Wavefront Sensing for Quantitative Phase Imaging of Static and Dynamic Specimens Using Digital Holographic Microscopy
本文验证编码波前传感（Coded-WFS）用于静态硅珠和动态HEK细胞定量相位成像的性能，通过数字全息显微镜（DHM）验证其相位恢复准确性，并报告明场强度与光程延迟的比较结果。
2025-08-23 eess.SP 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
Nonlinear techniques for few-mode wavefront sensors
本文提出了几种与波前传感器选择无关的经验校准非线性波前传感技术，包括高阶线性相位检索扩展和径向基函数插值建模，并通过仿真验证了其在四象限和光子灯笼传感器上的有效性。
2024-11-12 astro-ph.IM physics.optics
Conjugate adaptive optics in widefield microscopy with an extended-source wavefront sensor
自适应光学是在显微镜应用中补偿样品引起的像差的策略。一般来说，它需要在样品中存在“引导星”作为局部参考目标。我们描述的共轭自适应光学，这是服从宽视场（即非扫描）显微镜的实施，并可以提供潜在的大视场的像差校正，而不使用导星。我们的实现的一个独特的功能是，它是基于波前传感与单次拍摄分区孔径传感器，提供大的动态范围与扩展的样本兼容。由该传感器和成像相机提供的组合信息使得能够基于通过闭环反馈获得的样本和像差的快速估计来实现鲁棒的图像去模糊。我们提出了我们的技术的理论原理和概念实验演示的证明。
2015-06-10 physics.optics
Fast & Furious focal-plane wavefront sensing
我们提出了两个互补的算法，适用于使用焦平面测量控制波前校正器具有极高的空间分辨率。该算法使用线性近似来迭代地最小化焦平面相机所看到的像差。第一种算法Fast & Furious（FF）使用弱像差假设和光瞳对称性来实现快速波前重建。第二种算法是FF的扩展，可以处理任意瞳孔形状;它使用Gerchberg-Saxton风格的误差减少来确定瞳孔幅度。模拟和实验结果显示的空间光调制器控制的波前分辨率为170 × 170像素。该算法将Strehl比从约0.75增加到0.98-0.99，并且在整个320 x 320像素的记录图像中降低了散射光的强度。剩余波前均方根误差估计为约0.15拉德与FF和约0.10拉德与FF-GS。
2014-06-04 astro-ph.IM physics.optics
Into nonlinearity and beyond for Zernike-like wavefront sensors
本文针对泽尼克波前传感器动态范围受限的问题，提出非线性重建算法并结合相位排序干涉测量与多波长测量，将动态范围提升至1.4 rad rms，使其成为理想的第二级波前传感器。
2024-01-16 astro-ph.IM physics.optics
Experimental and on-sky demonstration of spectrally dispersed wavefront sensing using a photonic lantern
本研究利用8米Subaru望远镜的SCExAO平台，首次在轨演示了基于光子灯笼的光谱色散波前传感器，证明其能提高校正保真度，为未来开发紧凑型统一波前传感光谱仪奠定基础。
2025-05-01 astro-ph.IM physics.optics
The crossed-sine wavefront sensor: first tests and results
交叉正弦波前传感器（WFS）是测量波前的一阶导数的光瞳平面波前传感器。它由三个主要部件组成：由正弦函数的乘积构建的梯度透射滤波器（GTF），围绕光轴旋转45度，在测试光学系统焦点处的2x2微型透镜阵列（MLA）和位于与光瞳共轭的平面上的检测器阵列。基本原理在于同时获取四个瞳孔图像，从位于GTF后面的不同点观察每个图像。经过模拟工作，证明了波前重建能力，我们现在在实验室的原型实施阶段。交叉正弦WFS可以同时实现高的空间分辨率在光瞳的测试光学和绝对测量精度相媲美的激光干涉仪所达到的。本文介绍了七种定制的相位掩模，并对它们进行了测试，给出了初步的测试结果，在此基础上探讨了正交正弦WFS的性能，并与激光干涉仪的性能进行了比较
2022-09-02 astro-ph.IM 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
Hyperspectral Compressive Wavefront Sensing
University of Oxford（牛津大学）；Ludwig–Maximilians–Universität München（慕尼黑大学）；John Adams Institute for Accelerator Science（约翰·亚当斯加速器科学研究所）
提出了一种结合快拍压缩成像和横向剪切干涉测量技术的方法，实现了超短激光脉冲空间-光谱相位的Single Shot单次捕获。深度展开算法用于快照压缩成像重建，由于其参数效率和相对于其他方法的优越速度，可能允许在线重建。该算法的正则化项使用具有3D卷积层的神经网络表示，以利用激光波前中存在的空间-光谱相关性。压缩感知通常不适用于调制信号，但我们在这里展示了它的成功。此外，我们训练一个神经网络来预测波前从横向剪切干涉图的泽尼克多项式，这再次增加了我们的技术的速度，而不牺牲保真度。该方法得到了仿真结果的支持。虽然应用于横向剪切干涉测量的例子，这里提出的方法通常适用于广泛的信号，包括夏克-哈特曼型传感器。这些结果可能超出激光波前表征的范围，包括定量相位成像。
2023-03-06 cs.CV physics.optics
Tolerancing the PIAA-ZWFS: a practical and robust wavefront sensor that approaches the fundamental sensitivity limit
Leiden Observatory, Leiden University（莱顿天文台，莱顿大学）
研究高对比度成像中波前传感问题，以PIAA-ZWFS为对象，此前已开发优化框架，此次通过传统蒙特卡洛采样和自动微分模拟器二阶展开，研究制造和对准误差影响，发现该传感器在典型制造误差值下性能无显著下降。
2026-07-21 astro-ph.IM physics.optics
High Frame-Rate Phase Camera for High-Resolution Wavefront Sensing in Gravitational-Wave Detectors
我们提出了一种新的波前传感方式，使用市售的，连续波飞行时间与QVGA分辨率的相机。这款CMOS相位相机能够感应频率高达100 MHz的外部调制光源。传感器的高空间分辨率与我们的集成控制电子器件相结合，使相机能够成像低至-62 dBc/秒/像素的功率调制指数。相位相机适用于需要校准和模式失配感测的问题，并且适合于引力波探测器中的诊断和控制应用。具体来说，我们探索使用的相位相机在感应拍频信号由于热变形从点样的吸热器上的测试质量在先进的LIGO探测器。该相机能够感测Advanced LIGO输入镜中大于约2纳米的光路失真，这受到相位分辨率的限制。在零差读出中，性能可以达到0.1 nm，受到调制幅度灵敏度的限制。
2021-05-13 gr-qc physics.ins-det 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
Wavefront sensor based on varying transmission filters: theory and expected performance
波前传感器（WFS）的使用是当今仪器光学领域的基础。本文讨论了一个原始的和最近提出的新的WFS类的原则。其原理在于通过将不同密度的滤光片放置在被测光学系统的像平面中来评估波前误差的斜率。该装置，有时被称为“光学微分WFS”是由数字数据处理系统从获得的斜率重建波前完成的。可以采用不同波长和光谱宽度的各种光源。从几何光学和傅立叶光学的角度讨论了该方法的能力，然后通过数值模拟表明，如果采取一定的预防措施，最终的精度可以分别远低于λ/10和λ/100峰谷比（PTV）和RMS。
2005-10-25 astro-ph astro-ph.IM physics.optics
Differentiable design of the PIAA-ZWFS: a flexible wavefront sensor that approaches the fundamental limit
Leiden Observatory, Leiden University（莱顿天文台，莱顿大学）
提出PIAA-ZWFS波前传感器，利用可微优化框架和贝叶斯实验设计，在模拟中相比传统ZWFS将性能差距缩小10倍，并证明振幅与相位信息获取存在权衡。
2026-10-19 astro-ph.IM cs.CV physics.optics
