波前傳感是自適應光學(xué)的核心技術(shù)之一。在自適應光學(xué)系統中，需要實(shí)時(shí)對入射光場(chǎng)的波前畸變進(jìn)行精確測量，進(jìn)而對其進(jìn)行實(shí)時(shí)校正，實(shí)現高分辨成像。常用的波前傳感器有夏克-哈特曼波前傳感器、曲率傳感器、剪切干涉儀，這三種波前傳感器基本都只適用于點(diǎn)光源情況下的波前傳感。在大多數情況下，需要成像觀(guān)測的物體屬于擴展物體，并非點(diǎn)光源。針對待觀(guān)測場(chǎng)景不是點(diǎn)光源同時(shí)又需要波前傳感的問(wèn)題，現有解決方案大多引入人造點(diǎn)光源進(jìn)行波前傳感，例如夜天文中的激光導星、顯微成像中被植入樣本中的熒光珠、聚焦于人眼視網(wǎng)膜的窄激光束等。目前，也有一些方法可以對擴展物體進(jìn)行波前傳感，但存在一定的局限性。例如，基于迭代優(yōu)化的相位恢復方法，屬于間接波前傳感，速度較慢，無(wú)法實(shí)現實(shí)時(shí)波前傳感；采用相關(guān)或相位相關(guān)的夏克-哈特曼傳感器，可以通過(guò)圖像相關(guān)運算獲得入射波前的局部?jì)A斜，實(shí)現波前傳感，但是這種方法只在某些特定的場(chǎng)所有所應用，例如太陽(yáng)顆粒結構，不具備通用性，而且傳感精度有限。因此，通用性好、測量精度高的擴展物體波前傳感器是自適應光學(xué)領(lǐng)域亟需解決的問(wèn)題。 

　　中國科學(xué)院國家天文臺南京天文光學(xué)技術(shù)研究所張思炯研究員團隊在波前傳感領(lǐng)域深耕多年，陸續提出多種波前傳感新方法。近期，該團隊在擴展物體直接波前傳感方面取得新進(jìn)展，提出一種普適的新型擴展物體波前傳感器，該波前傳感器應具備使用方便、實(shí)時(shí)性好、精度高、通用性強的特點(diǎn)，可以拓展自適應光學(xué)的應用范圍。相關(guān)研究已申請國家發(fā)明專(zhuān)利，并于2021年7月發(fā)表于國際光學(xué)期刊《Optical Engineering》上（Vol.60, Issue 7, pp. 073107, 2021, https://doi.org/10.1117/1.OE.60.7.073107 ）。 

　　圖1 通用型擴展物體波前傳感器結構圖 

　　據論文第一作者李常偉副研究員介紹，該波前傳感器對夏克-哈特曼波前傳感器結構加以改進(jìn)（如圖1所示），利用場(chǎng)鏡確保傳感器中每個(gè)子孔徑收集到的擴展物體信息的一致性。為消除擴展物體對波前傳感的影響，該團隊設計了基于傅里葉頻譜消除的擴展物體波前重建方法，實(shí)現了對擴展物體的直接波前傳感。圖2為通用型擴展物體傳感器所采集的像與點(diǎn)源夏克-哈特曼波前傳感器所采集的像對比，此時(shí)它們所傳感的波前為同一片球差板引入。圖3是通用型擴展物體傳感器所傳感波前的Zernike系數與點(diǎn)源夏克-哈特曼波前傳感器所傳感波前的Zernike系統對比，可見(jiàn)該擴展波前傳感器的重建結果與點(diǎn)源夏克-哈特曼波前傳感器基本一致。 

　　圖2 點(diǎn)源夏克-哈特曼波前傳感器(a)與通用型擴展物體波前傳感器(b-d)所采集的圖像 

　　圖3 點(diǎn)源夏克-哈特曼波前傳感器(P)與通用型擴展物體波前傳感器(E1-E3)對同一波前重建Zernike系數對比 

　　目前該團隊正致力于推廣此擴展物體波前傳感器，拓展其在太陽(yáng)自適應光學(xué)、激光光束整型等領(lǐng)域的應用，有望實(shí)現其產(chǎn)業(yè)化。 

　　該研究得到國家自然科學(xué)基金面上項目（資助號: 11873069）、青年項目（資助號: 11703060）及中國科學(xué)院天文臺站設備更新及重大儀器設備運行專(zhuān)項經(jīng)費的資助。