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夏克-哈特曼傳感器的仿真 用不同數(shù)值孔徑的平面波和球面波描述了夏克-哈特曼傳感器的工作原理。傳感器本身由雙凸微透鏡陣列組成。 用于x射線光學(xué)的哈特曼波前傳感器 在這個用例中，我們模擬了x射線場通過由針孔陣列組成的哈特曼波前傳感器的傳

例如，光線1的第8段已經(jīng)到達探測器17，該光線的路徑長度4E4(40m)是所有光線段的光線路徑長度之和。光線經(jīng)過物體，然後回到探測器。物體到探測器的距離是該路徑的一半，即20米。所以，物體到探測器的距離可以通過讀取照射到探測器的每條光線的路徑長度來確定，可以使用ZOS-API自動完成此操作。

波前的計算當(dāng)我們說波前時，事實上通常是指波前 “差”，或是光程差，指的是同一件事。OpticStudio預(yù)設(shè)使用出瞳作為波前差的計算參考。因此，當(dāng)我們要計算一條光線的OPD時，此光線會從物面出發(fā)後一路追跡穿過光學(xué)系統(tǒng)，最終到達像面後，在循原方向後退追跡到 “參考球面”。此參考球面的球心是主光線與像面的交點，半徑是主光線與像面交點到主光線與出瞳面的焦點。

建模任務(wù) 系統(tǒng)構(gòu)建 出于說明目的，我們使用光學(xué)系統(tǒng)，其包括一個平面波，一個非球面透鏡和波前誤差探測器。探測器功能：參考波前參考波前可以是?恒定相位（Constant Phase）產(chǎn)生平面參考波前。

夏克-哈特曼傳感器的仿真 用不同數(shù)值孔徑的平面波和球面波描述了夏克-哈特曼傳感器的工作原理。傳感器本身由雙凸微透鏡陣列組成。

摘要 與傳統(tǒng)的夏克-哈特曼傳感器相比，使用金字塔形棱鏡或反射器的波前傳感器（PyWFS，用于金字塔波前傳感器）具有高對比度和更好的波前靈敏度，例如用于天文學(xué)中太陽系外行星的搜索。因此，這種類型的波前傳感器用于特殊的望遠鏡（例如凱克天文臺），通常在紅外（IR）光譜范圍內(nèi)。PyWFS通常由四邊棱鏡、重成像光學(xué)元件和適當(dāng)?shù)奶綔y器組成。

800 nm範(fàn)圍內(nèi)的光將用於避免組織中的高吸收，這會限制穿透。光源規(guī)格OCT將干涉測量技術(shù)與寬帶近紅外光結(jié)合使用。 較寬的帶寬可提供最佳分辨率，而波長選擇可確定樣品材料中的穿透深度。

每個針孔的衍射將導(dǎo)致檢測器平面的偏移，可用于計算輸入的波前。

</p><p><br></p><p>在第二望遠鏡中，焦距 f2和 f3 的選擇方式應(yīng)確保有合適的放大倍數(shù)，以便根據(jù)要檢查的光瞳尺寸范圍來調(diào)整 Shack?Hartmann 傳感器的尺寸。在第二望遠鏡的中間，第三個透鏡的焦平面上有一個針孔，以消除背向散射光，特別是來自角膜的散射光，此類散射對系統(tǒng)產(chǎn)生的障礙較大。

在聚焦模式中，參考波前是球面，而在無焦模式中，參考波前是平面。參考波前的變化會影響所有基于波前的分析結(jié)果或關(guān)于波前的優(yōu)化結(jié)果。OpticStudio中的絕大部分功能在聚焦或無焦模式下會得到完全一樣的結(jié)果。而有一些功能是聚焦系統(tǒng)特有的：例如相對照度 (Relative illumination) 在無焦系統(tǒng)中就沒有實際的物理意義。

在第二望遠鏡中，焦距 f2和 f3 的選擇方式應(yīng)確保有合適的放大倍數(shù)，以便根據(jù)要檢查的光瞳尺寸范圍來調(diào)整 Shack?Hartmann 傳感器的尺寸。在第二望遠鏡的中間，第三個透鏡的焦平面上有一個針孔，以消除背向散射光，特別是來自角膜的散射光，此類散射對系統(tǒng)產(chǎn)生的障礙較大。在兩臺望遠鏡之間可以進行視場映射，入射光瞳將與Shack?Hartmann 共軛。

然後，光柵向量可由下式定義:顯影後，當(dāng)全像被重建平面波kp照亮?xí)r，繞射波kd，可透過解方程式確定:其中kp和kd是重建波向量和全像感光材料內(nèi)部的繞射波前（圖2（b））。注意光柵向量K可以從兩個反向方向選擇。方程式(2)的符號約定，假設(shè)K的方向選擇滿足K.kp>0。 圖 2.

此外，軟件通過光路準(zhǔn)直算法校準(zhǔn)兩光路，使參考光與測試光的平行度誤差≤1 角秒，光程差控制在 ±3mm 范圍內(nèi)，完全滿足干涉條件。波前追跡與干涉模擬軟件采用矢量波前追跡算法，對兩束光的傳播過程進行精準(zhǔn)計算：參考光經(jīng)參考鏡反射后，保持平面波前特性；測試光經(jīng)待檢測元件反射后，因預(yù)設(shè)面形誤差產(chǎn)生周期性相位起伏，形成畸變波前。

例如，定義X-面為90°且Y-面為0°，這會導(dǎo)致Ex電場分量相對Ey電場分量咽喉90°，如下圖所示：假設(shè) (Jx, Jy) = (0.707, 0.707)，則偏振橢圓為順時針的圓環(huán)，我們可以在偏振光瞳圖中查看這一結(jié)果，如下圖所示：偏振相關(guān)介質(zhì)的種類在OpticStudio中有多種可以改變輸入光偏振態(tài)的方法。這些方法引入了偏振相關(guān)的表面或材料。

默認(rèn)的入射平面與Z軸垂直，所以傳統(tǒng)的S和P的定義方法限制用戶無法定義Z軸參考的偏振態(tài)。偏振光瞳圖偏振光瞳圖功能是OpticStudio中最實用的一種快速查看光學(xué)元件表面偏振態(tài)的方法。但需要注意的是，該分析結(jié)果和實際情況確實存在細(xì)微的偏差，因此在使用該分析結(jié)果時請格外注意。通常情況下，OpticStudio中的計算與時間無關(guān)（例如在穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)中的一個瞬間）。

接下來我們會以多重結(jié)構(gòu)編輯器(Multi-Configuration Editor, MCE)對光學(xué)系統(tǒng)進行劃分。在明確的分割系統(tǒng)后，我們可針對不同目標(biāo)和表面特性對單一光路進行優(yōu)化。舉例而言，設(shè)計者可以在針對FFS棱鏡以RMS波前和有限遠像面優(yōu)化的同時，對輔助鏡頭和透視光路以無焦(afocal)為目標(biāo)進行相同操作。

為方便可視化，可以將第 1 面和第 3 面的厚度設(shè)置為 0.1。 其余的大部分設(shè)置都是默認(rèn)配置。孔徑類型為入瞳直徑，孔徑直徑為 0.1。波長 1 為 “0.5”。 圖 8 顯示了如上條件下的鏡頭數(shù)據(jù)編輯器、3D 布局和偏振光瞳圖。 圖 8.

全視場像差分析計算了波前的澤尼克(Zernike)分解，并顯示整個視場的澤尼克系數(shù)。全視場是由如下紅色方框進行設(shè)置定義的：下圖表現(xiàn)了這些視場點：對于每個視場點，OpticStudio 將把波前與一系列澤尼克標(biāo)準(zhǔn)多項式進行擬合。以下設(shè)置對擬合進行了定義。在像差設(shè)置中選擇要顯示的項。

隨后在系統(tǒng)選項 (System Explorer) 中系統(tǒng)孔徑 (Aperture) 標(biāo)簽下，選擇無焦像空間 (Afocal Image Space)。平行光半徑需要壓縮至小于顯微物鏡的入瞳，調(diào)整準(zhǔn)直透鏡的厚度和曲率以滿足這個要求。在評價函數(shù)優(yōu)化向?qū)е校瑒?chuàng)建一個新的評價函數(shù)，這次選擇以最小RMS波前差進行優(yōu)化。之后選擇確定進行優(yōu)化。則系統(tǒng)將會輸出準(zhǔn)直光束。

接下來我們會以多重結(jié)構(gòu)編輯器(Multi-Configuration Editor, MCE)對光學(xué)系統(tǒng)進行劃分。在明確的分割系統(tǒng)后，我們可針對不同目標(biāo)和表面特性對單一光路進行優(yōu)化。舉例而言，設(shè)計者可以在針對FFS棱鏡以RMS波前和有限遠像面優(yōu)化的同時，對輔助鏡頭和透視光路以無焦(afocal)為目標(biāo)進行相同操作。