基于Shark-Hartmann理論的波前探測技術研究

郭廣妍，樊仲維，余 錦，葛文琦，康治軍，2，唐熊忻，貊澤強，王昊成，2，石朝輝，3

（1.中國科學院光電研究院，北京100094；2.中國科學院大學，北京100049；3.中國國科世紀激光技術有限公司，北京102211）

引言

波前探測技術一直伴隨著光學及光電子學同步發展，具有悠久的歷史。從光學發展之初，就有利用波前干涉的方法對單透鏡球面參數的測量，至今仍是光學元件加工中重要的質量檢測手段。自20世紀50年代以來［1］，為了解決天文觀測中大氣湍流對成像觀測的影響，提出了自適應光學（adaptive optics，AO）的概念。AO是以光學波前為對象的控制系統［2-3］，利用對光學波前的測量-控制-校正，使光學系統具有適應外界條件變化、保持良好運作狀態的能力，廣泛運用于地基望遠鏡系統［4］以及光束質量診斷［5］等領域中。通常AO系統由波前傳感器、波前控制器以及波前校正器3部分構成［6-8］。夏克-哈特曼波前傳感器（Shark-Hartmann wavefront sensor，SH WFS）以其具有高速和高精度測量波前像差的能力被廣泛用于光波前探測［9-10］。

SH波前探測技術可以通過測量波前斜率，即一階導數，來獲得波前的相位信息。由于不需要參考波面，可直接利用星光等目標光源進行檢測，因此在主動光學、AO、大口徑望遠鏡檢測及眼科診斷等領域得到了廣泛地應用。另外，與干涉儀相比，SH WFS具有實時測量、不受環境（尤其是震動）影響、結構緊湊、價格低廉等優點，在光學元件和光學系統檢測中也具有特色。理論上，本文給出基于微透鏡陣列（microlesn array，MLA）的SH WFS波前檢測系統，并對其進行了相關理論模擬和實驗研究。……