A simple method to objectively and simultaneously measure eye's longitudinal and transverse chromatic aberrations was proposed. A dual-wavelength wavefront measurement system using two Hartmann–Shack wavefront sensors was developed. The wavefronts of the red (639.1 nm) and near-infrared (786.0 nm) lights were measured simultaneously for different positions in the model eye. The chromatic wavefronts were converted into Zernike polynomials. The Zernike tilt coe±cient (first term) was used to calculate the transverse chromatic aberration along the x-direction, while the Zernike defocus coe±cient (fourth term) was used to calculate the longitudinal chromatic aberration. The measurement and simulation data were consistent.

为了实现高能激光材料热效应参量的在线测试,设计了一套50mm口径的测量装置。装置采用准直He-Ne激光为光源,准直光经激光材料后的光程差用Hartmann-Shack波前传感器检测。根据波像差分解理论及波前变换关系,获得了高能激光材料热效应参量。分析评估了装置的扩展测量不确定度,对影响测量不确定度的系统参量进行了校准,最后设计并完成了测量不确定度对比验证实验。结果表明,系统波前畸变测量不确定度为0.06λ, 30m~120m范围热焦距的扩展测量不确定度为8.4%。该系统能有效地用于高能激光材料热效应参量的在线测试。

：为了实现波前处理机脱离以哈特曼传感器为核心的波前探测光学系统，独立地进行处理机算法的设计和验证，采用软、硬件结合的方式，设计了哈特曼传感器输出图像仿真平台。上位机仿真监控软件采用VC和MATLAB联合编程，根据哈特曼传感器工作原理和结构，仿真生成哈特曼图像，并完成与硬件电路交互命令和传输数据的功能。以FPGA为核心的主控电路，完成发送响应信号、接收监控软件发送的读写指令、存储数据的功能，并根据实际CCD时序实时输出标准Camera Link接口格式的图像数据。经验证，软件仿真图像和实际输出相符；仿真平台输出表明硬件时序正确，满足设计速度要求。

为改善传统哈特曼-夏克波前传感器对待测波前采样不足的缺点, 对哈特曼-夏克波前传感器和微扫描进行了分析, 提出一种提高哈特曼-夏克波前传感器采样率的透镜式微扫描方法。通过在微透镜阵列之前加入由PZT驱动的透镜扫描装置, 对CCD采集的光斑分布情况进行高分辨率微扫描图像重建, 通过对重建后的光斑分布进行波前重构, 提高了哈特曼波前传感器对待测波前的采样率。通过对比实验验证, 波前复原精度提高了41%, 可以有效提高哈特曼传感器对波前探测的精度。

为提高哈特曼夏克波前传感器（HS-WFS）的光斑质心探测精度以实现光学系统的高精度波前检测，提出了一种有效的质心探测方法。该方法利用非线性滤波和窗口法对整幅光斑图像进行全局处理后，结合中值滤波、三次样条插值和自适应Otsu阈值法对单个光斑进行局部处理。分析了三次样条灰度插值点个数不同，探测精度和计算时间的变化规律。采用该方法探测了含有噪声的光斑图像，其质心探测误差仅为0.0442 pixel，比传统的非线性滤波、Otsu阈值法和探测窗口法探测精度分别提高了91.86%、87.97%和31.79%。对已知波像差的光学系统进行了仿真检测，得到的波前检测精度峰谷(P-V)值为0.0098 λ，精度均方根(RMS)值达到0.0027 λ。结果表明该方法能够提高质心探测精度，可用于高精度光学系统的检测。

离焦模糊图像的清晰度较低，因此必须对其进行复原。传统方法通常采用圆盘或高斯函数来近似离焦造成的点扩散函数，复原效果不够理想。为此，提出利用哈特曼夏克波前传感器探测离焦波前，根据所得波前计算光学系统的点扩散函数，并采用Richardson-Lucy算法对模糊图像进行复原。搭建了实验用的光学系统，采集了离焦模糊图像以及相应的波前信息，获得了清晰的复原图像，并利用客观图像评价方法对退化图像和复原图像进行了评价，同时与传统方法得到的复原图像进行了比较。实验结果表明，该方法能精确重建点扩散函数，有效提高图像的质量。

为提高自适应光学系统中Hartmann-Shack波前传感器的动态测量范围和测量精度, 对由CCD采集的波前光斑图进行了质心探测研究。介绍了波前传感器的工作原理, 根据127单元传感器的结构特征和实际人眼光斑图的畸变特点, 提出了一种动态定位光斑区域、动态分割区域内部阈值以及锁定最优探测窗口的自适应光斑质心探测方法。讨论了该方法中阈值等级选取对人眼光斑图质心探测的影响, 并通过仿真和实验分析了算法的质心探测精度和算法对噪声影响的鲁棒性。实验结果表明, 光斑区域内选取阈值等级为总等级数的(50±3)%时最合适; 与其他方法相比, 自适应质心探测方法的探测误差减小了60%以上; 将该探测方法运用至自适应光学视网膜成像系统的波前传感器中, 可将人眼像差RMS值从0.728λ闭环校正到0.081λ(λ=785 nm), 达到衍射极限, 并获得视网膜图像。本方法针对光斑特征选择不同实验参数, 弥补了传统算法的局限性, 基本满足了人眼像差测量的可行性和实用性。

提出了一种适用于哈特曼夏克波前传感器的环形子孔径拼接检测技术的拼接复原算法。该算法通过建立各个环形子孔径内有效的哈特曼夏克斜率数据和全孔径波前相位的关系，避免了环形子孔径区域的波前复原过程，从而有效地解决了环形子孔径区域的哈特曼夏克波前传感器有效采样率低的问题。算法对斜率测量噪声较不敏感，具有较好的抗噪声干扰的能力。算法对除球差的各阶像差均具有较高的精度；算法对球差拼接复原后存在离焦残差，分析表明残差的大小只与球差大小有关而与环形子孔径排布方式无关，并通过去除球差的耦合误差得到较高的拼接复原精度。

高功率全固态激光器的诸多腔内扰动因素均会直接影响到激光输出功率和光束质量。首先采用传输矩阵方法简要讨论了在稳定腔情形下热透镜焦距与本征模式光斑尺寸的关系。进一步采用Hartmann-Shack波前传感器和模式法波前重构,对二极管抽运全固态声光调Q激光器输出倍频光束质量进行了分析,得到前35阶Zernike像差系数、波前峰谷值和均方根等畸变参量,计算还可得到点扩散函数分布和环围能量曲线等,从而全面了解输出光束质量和动态像差特性。分析表明输出倍频光的波前Zernike像差主要集中在前15 阶,由于晶体热效应及腔内其它扰动因素的影响,较显著波前像差有离焦系数Z3、低阶像散Z4和Z5,以及球差Z10等。

提出一种标定Hartmann-Shack波前传感器结构参量的新方法，通过基于Zernike多项式的模式复原算法推导出公式，结合实验手段获得相应数据，处理后得到微透镜阵列到CCD之间的距离.该方法有效改善了以微透镜焦距代替实际参量计算斜率引入较大误差的状况，在降低传感器装配准确度要求的同时，提高了Hartmann-Shack波前传感器的探测准确度.经实验验证该方法在一般实验条件下即可获得满意效果.