重大突破

　　 波前传感是自适应光学的核心技术之一。在自适应光学系统中，需要实时对入射光场的波前畸变进行精确测量，进而对其进行实时校正，实现高分辨成像。常用的波前传感器有夏克-哈特曼波前传感器、曲率传感器、剪切干涉仪，这三种波前传感器基本都只适用于点光源情况下的波前传感。在大多数情况下，需要成像观测的物体属于扩展物体，并非点光源。针对待观测场景不是点光源同时又需要波前传感的问题，现有解决方案大多引入人造点光源进行波前传感，例如夜天文中的激光导星、显微成像中被植入样本中的荧光珠、聚焦于人眼视网膜的窄激光束等。目前，也有一些方法可以对扩展物体进行波前传感，但存在一定的局限性。例如，基于迭代优化的相位恢复方法，属于间接波前传感，速度较慢，无法实现实时波前传感；采用相关或相位相关的夏克-哈特曼传感器，可以通过图像相关运算获得入射波前的局部倾斜，实现波前传感，但是这种方法只在某些特定的场所有所应用，例如太阳颗粒结构，不具备通用性，而且传感精度有限。因此，通用性好、测量精度高的扩展物体波前传感器是自适应光学领域亟需解决的问题。 

　　中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所张思炯研究员团队在波前传感领域深耕多年，陆续提出多种波前传感新方法。近期，该团队在扩展物体直接波前传感方面取得新进展，提出一种普适的新型扩展物体波前传感器，该波前传感器应具备使用方便、实时性好、精度高、通用性强的特点，可以拓展自适应光学的应用范围。相关研究已申请国家发明专利，并于2021年7月发表于国际光学期刊《Optical Engineering》上（Vol.60, Issue 7, pp. 073107, 2021, https://doi.org/10.1117/1.OE.60.7.073107 ）。 

　　图1 通用型扩展物体波前传感器结构图 

　　据论文第一作者李常伟副研究员介绍，该波前传感器对夏克-哈特曼波前传感器结构加以改进（如图1所示），利用场镜确保传感器中每个子孔径收集到的扩展物体信息的一致性。为消除扩展物体对波前传感的影响，该团队设计了基于傅里叶频谱消除的扩展物体波前重建方法，实现了对扩展物体的直接波前传感。图2为通用型扩展物体传感器所采集的像与点源夏克-哈特曼波前传感器所采集的像对比，此时它们所传感的波前为同一片球差板引入。图3是通用型扩展物体传感器所传感波前的Zernike系数与点源夏克-哈特曼波前传感器所传感波前的Zernike系统对比，可见该扩展波前传感器的重建结果与点源夏克-哈特曼波前传感器基本一致。 

　　图2 点源夏克-哈特曼波前传感器(a)与通用型扩展物体波前传感器(b-d)所采集的图像 

　　图3 点源夏克-哈特曼波前传感器(P)与通用型扩展物体波前传感器(E1-E3)对同一波前重建Zernike系数对比 

　　目前该团队正致力于推广此扩展物体波前传感器，拓展其在太阳自适应光学、激光光束整型等领域的应用，有望实现其产业化。 

　　该研究得到国家自然科学基金面上项目（资助号: 11873069）、青年项目（资助号: 11703060）及中国科学院天文台站设备更新及重大仪器设备运行专项经费的资助。