哈特曼-夏克传感器作为一种常用的波前相位的测量仪器,已经在自适应光学和激光光束质量诊断领域得到了广泛的应用,近些年来,哈特曼.夏克传感器的应用逐渐扩展到了人眼像差测量、光学元件表面误差测量、光学系统波像差测量、图像处理等领域。本文以哈特曼-夏克传感器为研究对象,在以下几个方面对其进行了深入分析研究:哈特曼-夏克传感器误差分析研究；哈特曼-夏克传感器的球面波前标定方法；哈特曼-夏克传感器在角膜地形图测量中的应用研究。　　 高精度哈特曼-夏克传感器的设计中,各种因素对哈特曼-夏克传感器的波前复原精度的影响需要进行详细的分析,本文中详细分析了微透镜阵列空间分辨率对复原波前的影响,光斑被相机离散采样以及能量被光电探测器数值化采样对质心探测的影响,质心算法对质心探测的影响,光斑阵列中衍射次峰叠加的影响分析,微透镜阵列自身误差的影响。结果表明:微透镜阵列的空间分辨率影响波前复原的相对误差；当光斑的爱丽斑直径大于8个像素时,光斑被离散采样的误差可以忽略；光斑衍射次峰的叠加在高精度测量中不可忽略；微透镜阵列的非正交性误差在复原结果中引入象散,并且该像差随着非正交角度的增大而增大。　　 哈特曼-夏克传感器在实际的测量工作之前,需要先进行系统标定,系统标定要达到的目的有两个,第一,通过采集已知标定光束在传感器上形成的标定光斑点阵图像,以此光斑点阵的中光斑质心作为参考点,计算像差波前形成的光斑阵列中对应光斑相对与该光斑的质心偏移,从而消除哈特曼-夏克传感器中各个元件的加工及其装配误差；第二:确定哈特曼-夏克传感器中各个元件的物理参数,从而确定波前复原的比例系数。然而传统使用的标定方法的精度受参考平面波前误差和干涉仪测量误差的限制,对于高精度的哈特曼-夏克传感器的标定显得无能为力。本文提出一种使用球面波前标定哈特曼-夏克传感器的方法,该方法可以高精度的标定哈特曼-夏克传感器的系统参数,从而精确的确定了系统的波前复原的比例系数。然后,使用球面波前作为参考光束,对不同曲率的球面波进行了测量,结果表明,通过球面波前标定的哈特曼-夏克传感器(直径2.6mm)在测量球面波前时的测量精度优于λ/500(λ=635nm)(RMS值)。　　 此外,本文还对哈特曼-夏克传感器在角膜地形图测量中的应用做了尝试性的研究,设计和研制了一套哈特曼-夏克角膜地形图测量仪,并对该仪器的性能进行了测试,结果表明该仪器的系统性能满足角膜地形图的测量,而后使用该仪器对活体人眼角膜地形图进行了测试并且将测量结果与PENTACAM眼前节全景仪的测量结果进行对比,对比结果验证了哈特曼-夏克角膜地形图测量仪测量的正确性。　　 通过以上对哈特曼-夏克传感器设计、标定和应用中的研究,本论文在哈特曼-夏克传感器上做了大量的创新性的实践工作,为哈特曼的标定、设计和应用积累了大量的理论和经验。