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Shack-Hartmann Sensor
Wellenfrontsensoren werden nicht nur bei adaptiven Optiken an Teleskopen eingesetzt, sondern z.B. auch in der Augenheilkunde, zur Vermessung von Laserstrahlen, zur Charakterisierung von Aberrationen bei Linsensystemen oder zur Bestimmung von Oberflächendefekten auf Halbleiterwafern.
Prinzip
Das Prinzip einer Shack-Hartmann Messung ist in nebenstehender Abbildung dargestellt. Der SH-Wellenfrontsensor besteht aus einem Mikrolinsenarray (MLA) in Verbindung mit einem CCD Array. Passiert eine ebene Wellenfront das MLA so wird auf dem CCD ein regelmässiges Muster der MLA Fokuspunkte abgebildet. Ist die einfallende Wellenfront gestört, verändert sich die Lage der Fokuspunkte proportional zum Gradienten der Wellenfront. Es kommt zu einer Verschiebung der Fokuspunkte gegenüber der Nullposition. Jeder Fokuspunkt repräsentiert ein Flächenelement der einfallenden Wellenfront mit der Neigung α_x und α_y. Mit der Annahme, dass die Winkel α zwischen optischem Weg und optischer Achse sehr klein sind kann die Neigung über die Verschiebung Δx und Δy der Spots berechnet werden. Wird die Wellenfront auf diese Weise gesampelt, so resultiert von jeder Mikrolinse ein Gradient aus welchem über einen Fit die Wellenfront rekonstruiert werden kann.
Eigenschaften
CCD Kameraauflösung:
1280x1024 Pixel
Mikrolinsenarray:
Wahlweise 39x31 oder 19x15 Einzellinsen
Genauigkeit Wellenfront:
λ/15 bis λ/50 rms @633nm
Darstellungsarten der Messergebnisse:
Zusätzlich können Zernikepolynome als Balkendiagramm dargestellt werden. Bei der Justierung eines optischen Systems auf das Optimum ist eine Echtzeitmessung bis max. 15Hz möglich.