传统哈特曼-夏克传感器主要受微透镜尺寸与微透镜数量的限制，对待测波前采样不足，影响对波前的探测精度。通过对哈特曼-夏克传感器波前重构原理和双光楔微扫描原理进行分析讨论，提出了一种在哈特曼-夏克传感器之前加入双光楔微扫描结构的检测方法，弥补了传统哈特曼-夏克传感器对待测波前采样不足的缺点。利用Zemax和Lighttools软件模拟了加入双光楔微扫描结构哈特曼-夏克传感器的光斑分布情况。微扫描图像重建算法与波前重构算法结合给出原理性验证，对所模拟后大像差光学系统波前复原精度提高了53.53%，该方法可以有效提高哈特曼-夏克传感器对波前探测的精度。

高功率被动调Q脉冲YAG板条激光器出光过程中的诸多腔内相位扰动因素，均会直接影响到激光输出功率和光束质量。采用哈特曼-夏克(H-S)波前传感原理和模式法波前重构对侧面抽运脉冲板条激光器输出倍频光束特性进行实验测试与分析，得到了波前像差分布及对应的峰谷值(PV)和均方根值(RMS)、波前畸变包含的各阶泽尼克像差系数。进一步计算得到了环围能量曲线和点扩散函数分布等。从而可全面了解输出光束质量和动态波前像差特性。分析表明输出倍频光的波前泽尼克像差主要集中在前10 阶，由于晶体热效应及腔内相位扰动因素影响，光束中较显著的波前像差系数有离焦A3、低阶像散A5、慧差A6和球差A10等。

为了从实验上分析和验证H-S传感器测量M2因子方法, 对使用双曲线拟合法测量M2因子和H-S传感器测量M2因子做了详细的实验研究, 且对实验结果、实验误差进行了比较与分析。研究表明: 当H-S波前传感器透镜组足够多, 重构误差较小, 选取合适的泽尼克多项式阶数时, H-S波前传感器一次测量法得到的光束的M2因子与传统方法测得的M2因子值基本相当。与双曲线拟合法相比, H-S传感器法适用范围小, 但是当满足测量条件时, H-S传感器法更便捷。

针对目前人眼像差哈特曼夏克测量仪不能自动补偿人眼离焦的不足, 通过分析不同调焦状态下连续采集的哈特曼夏克光斑图像序列, 构造了离焦补偿评价函数, 在现有像差测量仪平台上实现了人眼像差自动离焦补偿。算法根据调焦过程中哈特曼夏克光斑的形态变化, 定义了通过光斑图像评估离焦补偿结果的评价标准, 并依据评价函数确定最佳光斑图像对应的离焦补偿量, 从而确保哈特曼夏克波前传感器能准确测得离焦补偿后剩余的人眼像差。实验结果表明, 本方法对杂散光噪声具有较强的稳健性, 可以准确实现调焦系统的自动离焦补偿, 为后续像差测量仪精密测量人眼高阶像差提供了十分重要的方法。

为了准确测量人眼的各种低阶像差以及不规则的高阶像差, 采用具有主观视觉补偿的人眼波前像差测量方法, 进行了理论分析及实验验证, 在客观测量的同时进行了主观视觉补偿, 得出了测量的准确数据。结果表明, 主观视觉补偿测量的波前像差小于客观测量的结果, 被测者在观察视标时的适应性调整减小了波前像差, 并且对于观察不同的视标时, 波前像差的波动值较小。采用主观视觉补偿的测量方法, 考虑实际观察目标时眼睛的状态, 能够很好地对人眼像差进行补偿, 得到符合实际状态的眼像差, 这对制定人眼像差的治疗方案是非常有帮助的。

人眼是一个不完善的成像系统,不仅存在离焦和散光,还存在着球差、彗差以及不规则的高阶像差。这些像差影响视网膜的成像质量,尤其在暗视场弱光下人眼呈现大瞳孔,像差更大,使人眼的视觉性能远远低于衍射极限。近年来,人眼波前像差的测量技术得到不断发展,应用于人眼波前像差测量的仪器也不断更新,而在人眼波前像差测量中,基于哈特曼夏克(HS)波前传感器的测量仪器较为多数。因此着重论述哈特曼夏克波前传感器的误差分析,并提出人眼波前像差测量需要解决的问题的新思路。

根据哈特曼夏克(Hartmann-Shack)传感器工作的基本原理设计了一种角膜地形图测量仪,并在此基础上建立了一套基于哈特曼夏克传感器的角膜地形图测量系统。该系统的工作原理是使用会聚光束照射到角膜的外表面,通过哈特曼夏克传感器采集包含角膜面形信息的角膜表面反射光,而后通过角膜地形图复原计算获得角膜地形图数据。详细介绍了该仪器用于角膜测量的操作过程,并对该测量仪器的面形复原精度进行了测试。结果显示,与Zygo干涉仪的测量结果相比,角膜地形图测量仪复原面形的误差低于0.0818 λ均方根(RMS)。最后使用该仪器实际测量了健康成年人眼角膜,获得了实际角膜地形图的数据。

采用哈特曼夏克传感器的薄膜应力在线测量仪测量了利用离子辅助电子束蒸发的SiO2,TiO2,Ta2O5,Al2O3与ITO薄膜在不同厚度时的应力值,并深入研究了基片材料与沉积参数对SiO2,TiO2薄膜应力的影响。研究结果表明,在成膜的初始阶段,薄膜应力与薄膜厚度基本上呈线性函数,当达到一定厚度时薄膜应力基本趋于一个定值;薄膜与基片的热失配将引起薄膜热应力,通过选择合适的基片材料可以使其降低;对TiO2薄膜而言,当基片温度低于150 ℃时,热应力起主要作用,当基片温度高于150 ℃时,薄膜致密引起的压应力占主导地位,但SiO2薄膜其热应力始终占主导地位;当真空室压强低于1.7×10-2 Pa时,SiO2薄膜的张应力主要是由离子辅助溅射效应而引起,当真空室压强高于1.7×10-2 Pa时,SiO2薄膜的张应力随着压强的增大而增大,但折射率减小。

分析了影响人眼视网膜成像的各种因素，阐述了基于哈特曼-夏克传感器和可变形镜的自适应光学(AO)原理，研究了激光扫描检眼镜(SLO)和光学相干层析成像(OCT)结合自适应光学来提高视网膜成像分辨率的方法，并对视网膜成像在医学诊断中的应用和发展前景进行了展望。

用37单元哈特曼-夏克波前传感器以419Hz的帧频对加热的扁喷管气流的气动光学特性进行了测量,采用模式法进行波前重构,从而得到观测孔径内该低速热射流所造成的光程差分布,进而计算出其Strehl比,时间序列结果反映了它们的动态过程.实验给出了4.3～8m/s及44～85℃的中心平均空气流速和温度的几种不同气流参数下的光程差分布,用相关的方法得出剪切层中相干结构(涡)的流动速度,结果表明,剪切层中相干结构引起的光程差分布及Strehl比随气流参数而变化;当高于65℃时,温度的影响不明显.