ShackHartmannsensoren

Shack-Hartmannsensoren, auch Shack-Hartmann-Wellenfrontsensoren, sind optische Messgeräte zur Bestimmung von Wellenfrontaberrationen. Sie verwenden ein Mikrolinsenarray, um die eindringende Wellenfront in zahlreiche Subaperturen zu zerlegen. Jede Linse fokussiert die Teilwellenfront zu einem Spot auf einem Detektor wie CCD oder CMOS. Die Abweichung des Spots von einer Referenzposition liefert die lokale Wellenfrontsteigung in der entsprechenden Subapertur. Aus den gemessenen Slopes wird die Phasenverformung der Wellenfront rekonstruiert, typischerweise zonal oder modal, zum Beispiel über Least-Squares-Verfahren oder Zernike-Polynome.

Anwendungen: In der adaptiven Optik dienen Shack-Hartmannsensoren der Echtzeit-Korrektur von Atmosphärenbeugungen bei Teleskopen; in der Ophthalmologie finden sie Anwendung bei der Wellenfront-Aberrometrie zur Vermessung von Augenfehlern; sowie in der Laser- und Mikroskopie zur Charakterisierung von Wellenfronten.

Vorteile und Grenzen: Das System bietet eine direkte, robuste Messung bei relativ einfachem Aufbau und hoher räumlicher Auflösung, abhängig von der Anzahl der Subaperturen. Beschränkungen umfassen Dynamikbereich, Spot-Positionierung bei starken Aberrationen, Signal-Rausch-Verhältnis, Kalibrierungsaufwand sowie Aliasing-Effekte.

Varianten und Geschichte: Unterschiedliche Mikrolinsenlayouts und Brennweitenoptionen ermöglichen Optimierungen für spezifische Anwendungen. Das Konzept wurde in den 1970er Jahren von Shack und Hartmann entwickelt.