Tracking length and differential wavefront sensing signals from quadrant photodiodes in heterodyne interferometers with digital phase-locked loop readout
本文提出了一种利用数字锁相环读出相位的外差式激光干涉仪中的四象限光电二极管（QPD）跟踪信号的方法。代替单独跟踪来自QPD的四个段并且然后将结果组合成长度和差分波前感测（DWS）信号，该方法采用直接对组合的长度和角度信号进行操作的一组耦合跟踪回路。好处是增加了环路中的信噪比，以及使环路带宽适应被跟踪信号的不同动态行为的可能性，这些信号现在对应于物理上有意义的可观测量。我们证明了高达6 dB的单段跟踪，这使得该计划在超低光条件下的精密卫星间激光干涉测量的应用程序的一个有吸引力的解决方案的改进。
2020-11-14 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
Measurement of the absolute wavefront curvature radius in a heterodyne interferometer
本文从理论上推导了外差干涉仪中两干涉光束间夹角与四象限光电二极管检测到的差分相位信号之间的耦合参量。这种技术也称为差分波前传感（DWS），通常用于天基引力波探测器，以根据象限二极管信号确定其中一个干涉仪臂中的测试质量的姿态。解析表达式的逐次逼近，以简化参数依赖关系的调查。受我们的研究结果的启发，我们提出了一种新的测量方法，以准确地确定一个单一的测量光束的绝对波前曲率。我们还调查了耦合参数的变化时，干涉仪的“测试镜”从其标称位置移动，介导的差分相位测量的反射镜位移噪声的耦合的效果。
2010-06-21 physics.ins-det physics.optics physics.space-ph
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
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
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
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
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
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
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
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
Universal sensitivity of speckle intensity correlations to wavefront change in light diffusers
在这里，我们提出了一个概念的基础上实现的复杂介质可以用作一个简单的干涉仪。当入射相干光束通过光漫射器时，可以通过分析散斑图案的变化来检索入射相干光束的波前变化。我们证明了散斑图案的空间强度相关性与光漫射体无关，并且仅由入射光束的相位变化决定。利用随机矩阵理论的数值模拟和实验压力驱动的波前变形装置，使用微流体通道，我们从理论和实验上证实了散斑强度相关性的普遍敏感性，这是由于光场相关性的守恒，尽管多次光散射。这项工作表明，一个复杂的介质是一个简单的干涉仪，并提供了机会，以取代复杂的参考光束辅助干涉仪与一个简单而紧凑的散射层在计量，分析化学和生物医学的各种应用。
2016-10-05 physics.optics
Three-sided pyramid wavefront sensor. II. Preliminary demonstration on the new CACTI testbed
下一代的巨型地面和太空望远镜将具有光收集能力，首次使用高对比度成像来探测和表征潜在的宜居类地系外行星。这只有在巨型分段镜望远镜（GSMTs）极端自适应光学（ExAO）系统的性能被优化到其全部潜力时才能实现。ExAO系统的关键部件是波前传感器（WFS），其测量来自大气湍流的像差。当前和下一代仪器的常见选择是金字塔波前传感器（PWFS）。ExAO系统需要波前的高空间和时间采样以优化性能，因此，需要用于WFS的大型检测器。我们提出了一个闭环试验台演示的三面金字塔波前传感器（3 PWFS）作为替代传统的四面金字塔波前（4PWFS）传感器的GSMT-ExAO应用的新的综合自适应光学和日冕测试仪器（CACTI）。3 PWFS对读取噪声的敏感度低于4PWFS，因为它使用较少的探测器像素。3 PWFS还有其他好处：高质量的三面棱锥光学元件比四面棱锥更容易制造。我们详细介绍了两个组成部分的CACTI系统，自适应光学模拟器和PWFS测试平台，包括一个3 PWFS和4PWFS的设计。在CACTI上进行了初步实验，研究了使用原始强度和斜率图信号处理方法在不同湍流强度下3 PWFS到4PWFS的性能。对于1.6 λ/D和3.25 λ/D的调制半径重复该实验。我们发现，两个波前传感器的性能是可比的，如果模态回路增益调谐。
2022-10-07 astro-ph.IM 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
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
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
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
Wavefront restoration from lateral shearing data using spectral interpolation
针对横向剪切干涉图缺失特定频率分量的问题，提出结合原点平移、自然延拓和最小二乘模糊确定的频谱插值法，仅用两幅干涉图即可精确恢复二维波前。
2023-09-28 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
Direct wavefront sensing from extended objects: a general sensor
从扩展对象的波前感测是一项具有挑战性的任务，因为要感测的相位被从扩展对象的结构生成的相位干扰。为了解决这个问题，提出了一种通用波前传感器。传感器的硬件由场镜、准直透镜、微透镜阵列和摄像机组成。其算法思想是通过每个小透镜消除由扩展物体引起的相位并重建点扩散函数。其结果是，波前传感的情况下，从一个扩展的目标已转换为传统的一个从点源。数值仿真和实验均验证了该传感器的可行性和准确性。
2021-01-14 eess.IV 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
Zernike Mode Sorting with Vortex Phase Filters: Perfect Coronagraphs and Ideal Wavefront Sensors
本文提出一种基于涡旋相位滤波器的泽尼克模式排序架构，可实现无损无串扰的波前传感与日冕仪，达到量子灵敏度极限，助力系外行星高对比度成像。
2025-10-24 astro-ph.IM physics.optics
Multifunctional meta-optic azimuthal shear interferometer
提出一种基于超构光学的紧凑稳健方位剪切干涉仪，利用局域波前调制实现均匀剪切，无需庞大元件与多路对准，在边缘检测、显微成像和波前传感中展现多功能应用潜力。
2025-02-08 physics.app-ph physics.optics
Variation on a Zernike wavefront sensor theme: optimal use of photons
泽尼克波前传感器（ZWFS）是属于宽类傅里叶滤波波前传感器（FFWFS）的概念。ZWFS以其极高的灵敏度而闻名，同时具有低动态范围，这使其成为第二阶段自适应光学（AO）系统或准静态像差校准传感器的独特传感器。该传感器由相移点构成的焦平面掩模组成，相移点完全由两个参数描述：其直径和深度。在这封信中，我们的目标是通过改变其移相点的直径来提高该传感器的性能。我们首先从一个一般的理论框架提供了一个分析描述的FFWFS属性，然后我们预测预期的ZWFS的灵敏度为不同的配置点的直径和深度。然后，通过端到端模拟验证分析预测。由此，我们提出了一个变化的经典ZWFS形状表现出非常吸引人的属性。我们表明，ZWFS的灵敏度可以通过修改点直径进行优化，甚至达到最佳的理论极限，与低空间频率灵敏度的折衷。作为一个例子，我们表明，ZWFS与2λ/D的点直径（其中λ是传感波长和D的望远镜直径），以下称为Z2 WFS，表现出的灵敏度比经典的1.06λ/D ZWFS的所有相位空间分量的两倍高，除了倾斜模式。此外，这种灵敏度增益不会影响传感器的动态范围，并且Z2 WFS表现出与经典的1.06λ/D ZWFS相似的动态范围。本研究为直径优化ZWFS的概念开辟了道路。
2021-05-17 astro-ph.IM physics.optics
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
All-mirror wavefront division interferometer for mid-infrared spectrometry
提出一种全反射镜波前分割干涉仪，利用高空间相干激光源，实现从金属等离子体频率到太赫兹的超宽光谱测量，具有高通量、无色散等优势，并通过实验验证了其在聚合物、气体和药物反射测量中的可行性。
2024-12-17 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
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
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
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
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
A high-speed, wavelength invariant, single-pixel wavefront sensor with a digital micromirror device
光束的波前测量是一项复杂的任务，通常需要一系列空间分辨的光强测量。例如，可以使用检测器阵列来测量未知激光束的横向平面中的局部相位梯度。在大多数情况下，重构波前的分辨率由探测器的分辨率决定，在红外情况下，探测器的分辨率受到严重限制。在这里，我们采用了数字微镜器件（DMD）和单像素探测器（即没有空间分辨率），以展示具有良好分辨率的未知波前的重建。我们的方法利用模式分解的入射场的DMD，使波前测量在4 kHz的可见光和红外激光束。
2019-01-22 eess.IV physics.optics
Wavefront sensing with a Gradient Phase Filter
本文提出基于透明梯度相位滤波器的 Crossed-sine phase sensor（CSPS），以 Fourier 光学描述其原理，并通过模拟证明其兼具高空间分辨率与 Lambda/100 RMS 精度。
2024-07-03 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
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
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
Phantom Zernike Wavefront Sensor: Phase Contrast with Engineered Focal Plane Reference Speckles
Australian Astronomical Optics, Macquarie University（澳大利亚天文光学，麦考瑞大学）；The Astrophysics and Space Technologies Research Centre, School of Mathematical and Physical Sciences, Macquarie University（麦考瑞大学数理学院天体物理与空间技术中心）；Research School of Astronomy and Astrophysics, Australian National University（澳大利亚国立大学天文与天体物理研究学院）
该研究提出幻影泽尼克波前传感器（phantom ZWFS），通过人工焦面参考散斑拓展相位对比波前传感，构建混合传感器，在大活塞偏移时提升波前重建精度与编码性能。
2026-10-12 astro-ph.IM physics.optics
Demonstration of a photonic lantern focal-plane wavefront sensor: measurement of atmospheric wavefront error modes and low wind effect in the non-linear regime
本研究验证了19芯光子灯笼结合神经网络作为焦平面波前传感器的性能，在非线性 regime 下实现了对多种大气波前误差的高精度重构，展现出在自适应光学领域的应用潜力。
2023-11-03 astro-ph.IM physics.ins-det 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
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
Focal-plane wavefront sensing with photonic lanterns II: numerical characterization and optimization
本研究对3至19端口少模光子灯笼波前传感器开展数值表征，分析光束整形元件、涡旋掩模的影响，得出其线性范围与最大可处理波前误差，并提出提升性能与优化设计的相关策略。
2023-11-02 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
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
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
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
Diffraction effects in length measurements by laser interferometry
通过激光干涉仪进行的高精度尺寸测量需要校正，因为衍射使得有效条纹周期不同于平面（或球面）波$λ_0$的波长。通过使用组合的X射线和光学干涉仪作为一种工具，以调查整个激光束的衍射，我们观察到的波长变化一样大的$10^{-8}λ_0$。我们表明，它们起源于波前和强度轮廓扰动的存在下，在傍轴传播的波前演化。
2015-12-16 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
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
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
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
Non-contact XUV metrology of Ru/B4C multilayer optics by means of Hartmann wavefront analysis
短波长成像、光谱学和光刻将特征长度尺度缩小到纳米。这对光学精加工公差造成了严格的限制，而这通常很难表征。事实上，即使是微小的表面缺陷也会降低这种光学器件的反射率和空间投影。在这项研究中，我们实验证明，哈特曼波前传感器的极紫外（XUV）波长是一种有效的非接触式分析方法，用于检测多层光学表面。实验在桌面实验室中进行，使用高次谐波产生作为XUV源。波前传感器用于测量XUV光束在球面Ru/B4 C多层膜反射镜上反射后的波前误差，扫描直径约40 mm的大表面。结果表明，该技术检测的像差在纳米范围内。
2018-06-22 physics.ins-det physics.optics
