Detección de frente de onda

La detección de frente de onda mide la forma de una onda de luz entrante para que un sistema de óptica adaptativa pueda determinar y aplicar la corrección necesaria para restaurar una imagen nítida.

Definition

La detección de frente de onda es la medición de las desviaciones de una onda de luz de una forma plana o ideal, típicamente mediante el muestreo de sus pendientes o curvatura locales, para proporcionar la señal de error que impulsa la corrección del frente de onda.

Scope

Este tema abarca el principio de medición de las pendientes o la curvatura del frente de onda, el sensor Shack-Hartmann con su matriz de microlentes, los sensores de curvatura y piramidales, la reconstrucción del frente de onda a partir de las mediciones del sensor, y los límites de ruido y muestreo que restringen cuán tenue puede ser una fuente de referencia y cuán rápido puede funcionar el bucle.

Core questions

• ¿Qué propiedad de la luz mide un sensor de frente de onda?
• ¿Cómo funciona un sensor Shack-Hartmann?
• ¿En qué se diferencian los sensores de curvatura y piramidales de este?
• ¿Qué limita la sensibilidad y la velocidad de la detección de frente de onda?

Key theories

Detección Shack-Hartmann

Una matriz de microlentes muestrea la pupila y forma una cuadrícula de puntos cuyos desplazamientos miden la pendiente local del frente de onda, a partir de la cual se reconstruye el frente de onda completo.

Sensores de curvatura y piramidales

Los sensores de curvatura infieren el frente de onda a partir de las diferencias de intensidad en imágenes desenfocadas, mientras que los sensores piramidales dividen el plano focal para ganar sensibilidad, cada uno adecuado para diferentes regímenes.

Reconstrucción del frente de onda

Las mediciones de pendiente o curvatura se combinan, a menudo mediante métodos matriciales, para estimar el frente de onda en una base como los modos de Zernike que el corrector puede aplicar.

Clinical relevance

La detección de frente de onda es la etapa de percepción de la óptica adaptativa, estableciendo cuán tenue puede ser una fuente guía y cuán bien se mide la atmósfera, y los mismos sensores se utilizan para alinear y probar la óptica de los telescopios y en campos como la oftalmología.

History

La prueba de Hartmann para la figura óptica fue adaptada por Shack en el sensor de matriz de microlentes que lleva sus nombres, convirtiéndose en el sensor de frente de onda estándar para la óptica adaptativa. La detección de curvatura introducida por Roddier y el posterior sensor piramidal expandieron las técnicas disponibles.

Key figures

• Johannes Hartmann
• Roland Shack
• Francois Roddier

Seminal works

• hardy1998
• roddier1999

Frequently asked questions

¿Qué detecta realmente un sensor de frente de onda?

En lugar de medir directamente la altura del frente de onda, la mayoría de los sensores miden su inclinación o curvatura local a través de la pupila del telescopio. Un sensor Shack-Hartmann, por ejemplo, utiliza una cuadrícula de lentes diminutas, y el desplazamiento de cada punto enfocado revela la pendiente del frente de onda sobre esa parte de la pupila.

¿Por qué la detección de frente de onda necesita una fuente de referencia brillante?

El sensor debe medir el frente de onda muchos cientos de veces por segundo para seguir el ritmo de la atmósfera, por lo que cada medición recoge luz solo brevemente. Una fuente tenue proporciona muy pocos fotones para una medición precisa, por lo que se necesitan estrellas guía láser naturales o artificiales brillantes.