ALPAO波前传感器
ALPAO波前传感器专为自适应光学应用而设计，可与每个自适应光学系统配合使用。ALPAO波前传感器传输时间短是该系列的一大特色。可以根据需要选择灵敏度，速度和光谱范围。 所有ALPAO SH都完美地适合ALPAO DM和ALPAO软件以及实时计算机。
波前传感器(Shack-Hartmann型)，通过一个微透镜数组，得到波前的局部斜率。从这个信息中，可以实时测量光强、位相、像差、PST、MTF和其它参数。
致力于给用户提供完整自适应光学解决方案的法国ALPAO公司继2017年初首次推出可见光和红外波段的两款波前传感器以来，于同年年底再次发力，推出总计11款不同型号的波前传感器。这一系列产品专为自适应光学设计。为提高自适应光学闭环带宽，ALPAO更是将缩短波前传感器的延迟时间作为工作重点。该系列产品涵盖不同工作波长、带宽和价格区间，给用户带来多样选择。
ALPAO波前传感器特点优势
ALPAO Shack-Hartmann（SH）波前传感器（WFS）是专门为自适应光学设计的WFS的唯一系列。
它们具有出色的性能，可与每个自适应光学系统配合使用。 可以根据需要选择灵敏度，速度和光谱范围。 所有ALPAO SH都完美地适合ALPAO DM和ALPAO软件以及实时计算机。
- 针对AO进行了优化：适应推荐DM的油炸配置的子学生数量，最小化了延迟
- 速度：频率高达31.8kHz，延迟低至5μs（SH-CMOS-fast）
- 高灵敏度：SNR = 1的光子通量低至3光子/帧/子光圈（EMCCD）
ALPAO波前传感器型号参数
| 尺寸 | 速度 | 灵敏度 | 光学参数 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 型号 | 采样点 | 透镜间距 μm | 采样频率 Hz | 最快频率 Hz | 量子效率 | SNR=1 光子数/帧/子孔径 | 倾斜/离焦 μm, PV | 重复性 nm RMS | 光谱范围 |
| SH-CMOS | 50x50 | 96.6 | 118 | 477 | 67% | 100 | 65/15 | 2 | VIS |
| SHCMOSfast | 63x63 | 112 | 2030 | 31800 | 50% | 1000 | 115/28 | 2 | VIS |
| SH-EMCCD | 16x16 | 192 | 1004 | 1838 | 95% | 3 | 13/3 | 2 | VIS |
| SH-EMCCD-fast | 23x23 | 192 | 2067 | 2067 | 95% | 4 | 34/8 | 2 | VIS |
| SH-InGaAs | 23x23 | 240 | 600 | 3000 | 92% | 1500 | 88/22 | 2 | NIR |
| SH-InGaAs-fast | 23x23 | 120 | 3020 | 9590 | 81% | 400 | 46/11 | 2 | NIR |
- 1 SH-EMCCD fast和SH-InGaAs fast配有WFS冷却系统。
- 2 SHEMCCD fast 和SHInGaAs fast 的峰值量子效率分别在- 45°C, 20°C 测量得出。
- 3“摄像机采集频率(Hz)”表示WFS所依据的摄像机的帧率。
- 4读出延迟(μs)定义为曝光结束和数据传输开始之间的延迟 (相机厂商提供)
- 5倾斜和离焦范围(μm PV)是几何值，无需借助点跟踪算法。
ALPAO WFS VIS
图注：上图表示SH-EMCCD（蓝色实线），SH-EMCCD-fast（蓝色虚线），SH-CMOS（红色实线）SH-CMOS-fast（红色虚线）和的典型量子效率。横轴为波长（单位nm），纵轴为量子效率（单位%）。
ALPAO WFS NIR
图注：上图表示SH-InGaAs蓝色实线）和SH-InGaAs-fast（红色实线）的典型量子效率。横坐标表示波长（单位nm），纵坐标表示量子效率（单位%）。
ALPAO波前传感器速度以及动态范围详细数据
| WFS sub-aperture ROI | 8x8 | 10x10 | 15x15 | 16x16 | 19x19 | 23x23 | 31x31 | 50x50 | 63x63 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| DM | DM69 | DM97 | DM1 92 | DM241 | DM292 | DM468 | DM820 | - | DM3228 |
| 速度 | |||||||||
| SH-CMOS | 477Hz 5000μs | 417Hz 5000μs | 317Hz 5000μs | 302Hz 5000μs | 266Hz 5000μs | 229Hz 5000μs | 179Hz 5000μs | 118Hz 5000μs | n/a |
| SH-CMOS-fast | 31800Hz 5μs | 25180Hz 5μs | 16880Hz 5μs | 15000Hz 5μs | 12170Hz 5μs | 9670Hz 5μs | 6280Hz 5μs | 3070Hz 5μs | 2030Hz 5μs |
| SH-EMCCD | 1838Hz 69μs | 1004Hz 68μs | 1004Hz 64μs | 1004Hz 64μs | n/a | n/a | n/a | n/a | n/a |
| SH-EMCCD-fast | 2067Hz 43μs | 2067Hz 43μs | 2067Hz 43μs | 2067Hz 43μs | 2067Hz 43μs | 2067Hz 43μs | n/a | n/a | n/a |
| SH-InGaAs | 3000Hz 18.7μs | 2200Hz 19.5μs | 1200Hz 21.5μs | 1100Hz 21.9μs | 900Hz 23.1μs | 600Hz 24.7μs | n/a | n/a | n/a |
| SH-InGaAs-fast | 9020Hz 6.2μs | 7550Hz 6.4μs | 5030Hz 6.6μs | 4760Hz 6.6μs | 3830Hz 6.7μs | 3020Hz 6.9μs | n/a | n/a | n/a |
| 动态范围 | |||||||||
| SH-CMOS | 10/2 | 12/3 | 18/4 | 20/5 | 23/5 | 28/7 | 38/9 | 62/15 | n/a |
| SH-CMOS-fast | 14/3 | 18/4 | 27/6 | 29/7 | 34/8 | 42/10 | 56/14 | 91/22 | 115/28 |
| SH-EMCCD | 6/1 | 8/2 | 12/3 | 13/3 | 15/3 | n/a | n/a | n/a | n/a |
| SH-EMCCD-fast | 11/2 | 14/3 | 22/5 | 23/5 | 28/7 | 34/8 | n/a | n/a | n/a |
| SH-InGaAs | 29/7 | 38/9 | 57/14 | 61/15 | 72/18 | 88/22 | n/a | n/a | n/a |
| SH-InGaAs-fast | 16/4 | 20/5 | 30/7 | 32/8 | 38/9 | 46/11 | n/a | n/a | n/a |
Q1：什么是波前？
A1：波在传播过程中，具有相同相位的点所共同构成的面称为波前，或称波阵面。
Q2：波前传感器是基于什么原理工作的？
A2: 法国ALPAO的波前传感器系列产品均属于夏克哈特曼波前传感器（Shack-Hartmann wavefront sensor）。夏克哈特曼波前传感器由一个微透镜阵列和CCD、CMOS等成像传感器构成。成像传感器位于微透镜的焦面上。光束入射后被微透镜聚焦后，在成像探测器上成若干个光点。如果入射的是理想的平面波前光，则光点位于每个微透镜的中心。当入射光束的波前发生畸变，则光点位置偏离微透镜中心。通过获取每个光点在两个正交方向上的偏移量，即可得到整体的波前形状。
图注：夏克哈特曼波前传感器工作原理，左图：具有理想平面波前的光束在探测器上的成像，右图：具有畸变波前的光束在探测器上的成像。
Q3：为何参数表中没有给出测量精度？
A3：法国ALPAO的波前传感器专为自适应光学应用所设，暂不推荐用于光学元件面形测量等看重绝对测量精度的应用。而对于自适应光学应用来说，绝对测量精度并非那么重要则是因为非共路像差（non-common path aberration）的存在。
图注：典型的自适应光学系统结构示意图
在典型的自适应光学系统中，经过变形镜校正的光束被分光元件分为两束。其中一束耦合入波前传感器检测校正后的波前残差，为下一次的校正提供依据。另一束则用于科研目的（如天文光学、视网膜成像、显微成像等应用中，这路光束用于成像）。由于分光元件及其他光学元件（如成像相机前的耦合透镜），这两路光束的波前一定存在差异，且该差异一般达到微米数量级。而波前传感器的绝对精度误差则在纳米数量级。因此，波前传感器的精度误差在自适应光学应用中可忽略不计。
