波前傳感是自適應光學的核心技術之一。在自適應光學系統中，需要實時對入射光場的波前畸變進行精確測量，進而對其進行實時校正，實現高分辨成像。常用的波前傳感器有夏克-哈特曼波前傳感器、曲率傳感器、剪切干涉儀，這三種波前傳感器基本都只適用于點光源情況下的波前傳感。在大多數情況下，需要成像觀測的物體屬于擴展物體，并非點光源。針對待觀測場景不是點光源同時又需要波前傳感的問題，現有解決方案大多引入人造點光源進行波前傳感，例如夜天文中的激光導星、顯微成像中被植入樣本中的熒光珠、聚焦于人眼視網膜的窄激光束等。目前，也有一些方法可以對擴展物體進行波前傳感，但存在一定的局限性。例如，基于迭代優化的相位恢復方法，屬于間接波前傳感，速度較慢，無法實現實時波前傳感；采用相關或相位相關的夏克-哈特曼傳感器，可以通過圖像相關運算獲得入射波前的局部傾斜，實現波前傳感，但是這種方法只在某些特定的場所有所應用，例如太陽顆粒結構，不具備通用性，而且傳感精度有限。因此，通用性好、測量精度高的擴展物體波前傳感器是自適應光學領域亟需解決的問題。 

　　中國科學院國家天文臺南京天文光學技術研究所張思炯研究員團隊在波前傳感領域深耕多年，陸續提出多種波前傳感新方法。近期，該團隊在擴展物體直接波前傳感方面取得新進展，提出一種普適的新型擴展物體波前傳感器，該波前傳感器應具備使用方便、實時性好、精度高、通用性強的特點，可以拓展自適應光學的應用范圍。相關研究已申請國家發明專利，并于2021年7月發表于國際光學期刊《Optical Engineering》上（Vol.60, Issue 7, pp. 073107, 2021, https://doi.org/10.1117/1.OE.60.7.073107 ）。 

　　圖1 通用型擴展物體波前傳感器結構圖 

　　據論文第一作者李常偉副研究員介紹，該波前傳感器對夏克-哈特曼波前傳感器結構加以改進（如圖1所示），利用場鏡確保傳感器中每個子孔徑收集到的擴展物體信息的一致性。為消除擴展物體對波前傳感的影響，該團隊設計了基于傅里葉頻譜消除的擴展物體波前重建方法，實現了對擴展物體的直接波前傳感。圖2為通用型擴展物體傳感器所采集的像與點源夏克-哈特曼波前傳感器所采集的像對比，此時它們所傳感的波前為同一片球差板引入。圖3是通用型擴展物體傳感器所傳感波前的Zernike系數與點源夏克-哈特曼波前傳感器所傳感波前的Zernike系統對比，可見該擴展波前傳感器的重建結果與點源夏克-哈特曼波前傳感器基本一致。 

　　圖2 點源夏克-哈特曼波前傳感器(a)與通用型擴展物體波前傳感器(b-d)所采集的圖像 

　　圖3 點源夏克-哈特曼波前傳感器(P)與通用型擴展物體波前傳感器(E1-E3)對同一波前重建Zernike系數對比 

　　目前該團隊正致力于推廣此擴展物體波前傳感器，拓展其在太陽自適應光學、激光光束整型等領域的應用，有望實現其產業化。 

　　該研究得到國家自然科學基金面上項目（資助號: 11873069）、青年項目（資助號: 11703060）及中國科學院天文臺站設備更新及重大儀器設備運行專項經費的資助。