快速Shack-Hartmann波前传感器
产品特点
♦ 高速CMOS相机的帧率高达450Hz
♦ 实时波前和强度分布测定
♦ 包括可更换的高质量光刻微透镜阵列
♦ 近衍射极限的光斑尺寸
♦ 用于连续或脉冲光源
♦ 通过USB与PC连接
♦ 经TCP/IP实时数据读出
♦ 紧凑的外壳：54.9 毫米x44.8 毫米x37.8毫米，带有底板
♦ 灵活的软件选项：图形用户界面软件；仪器的驱动程序包，支持C语言编译LabWindows™/CVI，LabVIEW™，DotNet
产品规格
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Item #
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WFS10-5C
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WFS10-7AR
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WFS10-14AR
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Wavelength Range
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300 - 1100 nm
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400 - 900 nm
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400 - 900 nm
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Effective Focal Length
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3.7 mm
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5.0 mm
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14.0 mm
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Lens Array Coating
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Chrome Mask
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AR Coated
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Lenslet Pitch
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150 µm
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300 µm
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Wavefront Accuracy
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λ/10 rms
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λ/30 rms
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Wavefront Sensitivity
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λ/30 rms
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λ/100 rms
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Camera Sensor Type
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CMOS
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Frame Rate
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70 - 450 Hz
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Camera Resolution
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640 x 480 Pixels Max, Selectable
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Shack-Hartmann波前传感器的工作原理
Shack-Hartmann波前传感器使用一个微透镜阵列将输入波前分割成微光束阵列。每束光聚焦到放置在微透镜阵列焦平面处的CMOS相机上，如右图所示。若均匀的平面波前入射到Shack-Hartmann传感器上，每个微透镜沿其光轴形成一个光斑，这将在探测器上产生规则的光斑栅格。
然而，畸变波前将会引起一些小透镜聚集的光斑偏移其光轴。因此，传感器上的成像光将由规则的光斑栅格混杂偏移的光斑和缺失的光斑构成。这些信息可用于计算入射到微透镜阵列上的波前的形状。Shack-Hartmann型波前传感器可用于表征光学系统的性能。此外，它们越来越多地用于实时监测波前，以控制自适应光学元件在成像前消除波前畸变。
波前畸变和光斑偏移
如上所讨论，微透镜阵列的每个微透镜收集照在其光圈上的光，并在探测器平面上产生一个光斑。下图详细介绍波前入射到单个微透镜上。只有当入射波前是平面的且平行于小透镜平面时，光斑的位置才直接落在透镜（绿色显示）的后方。对于在微透镜区畸变的波前，光斑位置将在X和Y方向（红点显示）偏移，因此每个光斑将以θ角偏离其相应的微透镜的光轴Z。如图中所示，该角度θ与畸变波前和平面波前间的角度相同。
影响Shack-Hartmann性能的参数
影响Shack-Hartmann波前传感器性能的四个参数是覆盖探测器有效面积的微透镜数量、动态区域、测试灵敏度和微透镜焦距。微透镜的数量限制了再构算法可靠地计算的泽尼克系数的最大阶数。需要选择微透镜数量时，请考虑所需模拟的畸变量（即实际波前像差需要多少泽尼克系数才能有效表征）。
灵敏度（θmin）是最小可探测光斑偏移量（δymin）的函数，如下面的公式：
θmin = δymin / f
f是微透镜的焦距，动态范围，θmax，则是最大可测量相位的量度：
θmax = δymax / f = (d / 2) / f
d是微透镜的直径。这两个公式都使用了小角度近似。θmin是由波前传感器测量的波前斜率的最小值。最小可测光斑的偏移δymin取决于探测器的像素尺寸，圆心算法的精度，及传感器的信噪比。θmax是波前传感器可测量的波前斜率的最大值，它相当于光斑偏移δymax，等于微透镜的半径。
Shack-Hartmann传感器的测量精度（即可靠测量所需的最小波前斜率）取决于它精确测量聚焦的光斑与其参考位置的偏移的能力。如果光斑与其它的光斑部分重叠，或者微透镜的焦斑落在传感器指定的区域以外（光斑交叉），传统算法将不能正确测到光斑的圆心位置。采用特殊的方法能解决该问题，但是将限制传感器的动态范围。使用大直径或短焦距的微透镜可增加系统的动态范围。通过增加微透镜的直径加大动态范围会降低可代表波前的泽尼克系数的数量。相反地，通过减小焦距增加动态范围会降低传感器的灵敏度。理想情况下，满足动态范围和测量灵敏度要求时，应使用最大焦距的微透镜。
Shack-Hartmann波前传感器可提供强度轮廓和计算的波前的信息。
