从像域进行波前传感与镜面拼相的演示

在天文学和显微镜学中，波前畸变会影响高对比度成像系统的动态范围。这些像差要么由湍流介质（如大气）引起，要么由光路中的静态或热像差引起，亦或是由分段镜中拼相不完美的子孔径引起。主动光学和自适应光学（AO）系统由波前传感器和变形镜组成，用于解决这一问题。然而，波前传感器与科学相机之间的非共光路会导致难以校准的持久性准静态散斑，从而限制了图像对比度的下限。本文首次实验演示了一种新型波前传感器，该传感器仅需对光瞳进行微小的不对称遮挡，并利用科学相机本身从产生的散斑图案中探测高阶波前误差。我们将该方法应用于闭环校正施加在变形微机电系统（MEMS）分段镜上的误差，使用 1600 nm 光将残差波前误差恢复至约 $\sim 10$ nm 量级，从而获得高质量的点扩散函数（PSF）；初始误差约为 $\sim 300$ nm 的活塞误差和 $\sim 0.3$ mrad 的倾斜误差。我们推荐将此方法用于测量配备 AO 的地基望远镜中的非共光路误差，以及作为拼相困难的分段镜（如 \emph{James Webb Space Telescope} 主镜）的一种方法，并作为极端自适应光学的未来发展方向。