自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)主要包含三個(gè)基本組成部分：波前傳感器痴施、波前校正器和波前控制器擎厢。自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中的能動(dòng)器件就是波前校正器，
它通過改變光束橫截面上各點(diǎn)的光程長度辣吃，達(dá)到校正波前畸變的目的动遭。一般可以通過反射鏡面的位置移動(dòng)或傳輸介質(zhì)折射率的變化來實(shí)
現(xiàn)光程長度的改變。其中在自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的是基于反射鏡面位置移動(dòng)的波前校正器（通常稱為變形鏡）神得，其具有響應(yīng)
速度快厘惦、變形位移量大、工作譜帶寬哩簿、光學(xué)利用率高宵蕉、實(shí)現(xiàn)方法多的優(yōu)良特性
自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)簡介
自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)主要包含三個(gè)基本組成部分：波前傳感器、波前校正器和波前控制器节榜。自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中的能動(dòng)器件就是波前校正器羡玛，它通過改變光束橫截面上各點(diǎn)的光程長度，達(dá)到校正波前畸變的目的宗苍。一般可以通過反射鏡面的位置移動(dòng)或傳輸介質(zhì)折射率的變化來實(shí)現(xiàn)光程長度的改變稼稿。其中在自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的是基于反射鏡面位置移動(dòng)的波前校正器（通常稱為變形鏡）薄榛，其具有響應(yīng)速度快、變形位移量大让歼、工作譜帶寬敞恋、光學(xué)利用率高、實(shí)現(xiàn)方法多的優(yōu)良特性是越。
自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)測量并補(bǔ)償各種干擾引起的光學(xué)系統(tǒng)的波前畸變耳舅，使光學(xué)系統(tǒng)具有自動(dòng)適應(yīng)外界條件變化從而保持最佳工作狀態(tài)的能力∫衅溃基于這樣的優(yōu)點(diǎn)浦徊，自適應(yīng)光學(xué)一直以來被廣泛應(yīng)用于天文觀測和激光傳輸?shù)阮I(lǐng)域，獲得了極大的認(rèn)同天梧。而本世紀(jì)初隨著其它領(lǐng)域?qū)ψ赃m應(yīng)光學(xué)的逐漸增長的興趣盔性，其應(yīng)用范圍開始擴(kuò)展，包括人眼視網(wǎng)膜成像系統(tǒng)呢岗、激光通信系統(tǒng)等冕香。
自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用
大多數(shù)實(shí)際使用的自適應(yīng)系統(tǒng)都用在天文成像領(lǐng)域，但是隨著自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的進(jìn)步后豫，主要是器件實(shí)現(xiàn)方式的多樣性悉尾，自適應(yīng)光學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域也得到了較大的拓展。
1．成像觀測用自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)
所有的大口徑的望遠(yuǎn)鏡如今都在使用自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)來改善系統(tǒng)的成像質(zhì)量挫酿。這些系統(tǒng)有多種不同的應(yīng)用目標(biāo)构眯，也是用了各種各樣的變形鏡、波前傳感器等技術(shù)早龟。2003年裝備Gemini North 的ALTAIR 自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)使用177 單元的變形鏡（DM）和單獨(dú)的傾斜鏡（TTM）惫霸，使用哈特曼-夏克波前傳感器在可見光波段進(jìn)行波前誤差的探測，系統(tǒng)工作頻率為1kHz葱弟，在K波段獲得了0.1角秒的分辨率壹店。而在10米口徑的KECK II 望遠(yuǎn)鏡上裝備的的自適應(yīng)系統(tǒng)使用349單元變形鏡配合哈特曼-夏克波前傳感器，使得該望遠(yuǎn)鏡在0.85um 和1.65um 波段分別獲得了0.022角秒和0.04 角秒的分辨率芝加。在MaunaKea 山頂硅卢，Canada-France-Hawaii 3.6 米望遠(yuǎn)鏡裝配了叫做“Hokupa'a”自適應(yīng)系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)的特別之處在于它是用了一個(gè)36單元的雙壓電片變形鏡和36單元的曲率傳感器藏杖，大大降低了自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的成本将塑。在早期的實(shí)際觀測中發(fā)現(xiàn)自適應(yīng)系統(tǒng)的使用使成像的峰值強(qiáng)度提高了30倍。這個(gè)數(shù)據(jù)是在0.936um的觀測波段制市，校正后的斯特列爾比達(dá)到0.3。而在美國毛伊島空軍基地的3.67米的先進(jìn)光電望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)（Advanced ElectroOptical System telescope弊予，AEOS）則是使用941單元的變形鏡祥楣，主要用于空間目標(biāo)識(shí)別，其系統(tǒng)規(guī)模是極其龐大的。
2． 用于激光裝置的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)
采用自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)對激光光束進(jìn)行光束凈化误褪，是提高激光器輸出光束質(zhì)量的重要手段责鳍，一般可分為腔內(nèi)自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)和腔外自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)。腔內(nèi)自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)是將波前校正器置于激光諧振腔內(nèi)兽间，用來校正諧振腔的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)像差历葛，使激光諧振腔保持正確的諧振條件，改善激光的光強(qiáng)和相位分布嘀略，提高輸出功率恤溶；腔外自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)是將波前校正器置于激光諧振腔外，利用波前補(bǔ)償?shù)脑砀纳萍す馄鬏敵龉馐南辔环植贾难颍赃_(dá)到提高遠(yuǎn)場能量集中度的目的咒程。腔內(nèi)自適應(yīng)光學(xué)校正相對來說技術(shù)更為復(fù)雜，因?yàn)榧す馇粌?nèi)模式的產(chǎn)生過程本身就很復(fù)雜讼育，需要進(jìn)行數(shù)值仿真來迭代分析帐姻。早在1980年代，就有一系列的針對非穩(wěn)腔CO2 激光器進(jìn)行校正的理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果奶段，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明饥瓷，很難取得良好的校正效果而往往只能校正少量的人工引入的誤差。90 年代以后痹籍，俄羅斯科研人員針對Nd:YAG 激光在開展校正工作呢铆，Cherezova 等的論文總結(jié)了他們的研究結(jié)果笤喳。他們成功地將多模光束的發(fā)散角壓縮了兩倍礼患。他們還發(fā)現(xiàn)某些變形鏡的模式能夠產(chǎn)生方形或三角形的模式結(jié)構(gòu)。Kudryashov 和Samarkin 采用水冷的雙壓電片變形反射鏡來對高能的CO2 激光器進(jìn)行腔內(nèi)校正篙梢，研究表明通過改變變形鏡的焦距能夠調(diào)整諧振腔參數(shù)從而對輸出強(qiáng)度分布進(jìn)行調(diào)制吼砂。相比之下逆航，腔外自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)要更廣為人知，典型的代表是慣性約束核聚變(ICF)和激光武器系統(tǒng)∮婕纾現(xiàn)有世界上主要的慣性約束核聚變系統(tǒng)因俐，如美國的國家點(diǎn)火裝置（NIF），法國的兆焦耳激光裝置（LMJ）周偎，日本的GEKKO 裝置抹剩，以及我國的神光裝置等都采用了自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)來改善和控制激光光束質(zhì)量。此外美國軍方將之前的研究成果進(jìn)一步運(yùn)用到戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)激光武器領(lǐng)域蓉坎，2001年在白沙靶場進(jìn)行的車載固體戰(zhàn)術(shù)激光武器系統(tǒng)攔截彈道導(dǎo)彈的試驗(yàn)成功澳眷，而更為雄心勃勃的機(jī)載激光武器(Air-Born Laser，ABL)計(jì)劃更是把自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)作為核心技術(shù)之一蛉艾，雖然最終該系統(tǒng)未能實(shí)現(xiàn)預(yù)期戰(zhàn)略目標(biāo)在2011年被宣告終止钳踊，但其中期性能演示已經(jīng)成為自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的絕佳廣告衷敌。
3． 光通信自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)
大氣光通信是指以激光作為信息載體、大氣作為傳輸通道進(jìn)行信息傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)拓瞪，包括衛(wèi)星與地面站之間以及地面站與地面站之間進(jìn)行的通信缴罗。大氣光通信結(jié)合了光通信與無線通信的優(yōu)點(diǎn)，利用該技術(shù)可以進(jìn)行大容量祭埂、高速的數(shù)據(jù)面氓、語音、圖像等信息傳遞并且無需任何有線通道蛆橡。所以在衛(wèi)星通信舌界、本地寬帶接入和軍事通信領(lǐng)域都具有極大的應(yīng)用和發(fā)展?jié)摿Α＞薮蟮膽?yīng)用需求直接促進(jìn)了大氣光通信技術(shù)的發(fā)展航罗，但其中大氣湍流對通信質(zhì)量的影響同樣給研究人員帶來困擾禀横。20 世紀(jì)90 年代以來許多研究人員嘗試使用自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)來降低大氣湍流對通信質(zhì)量的影響，也取得了一些重要的研究成果粥血，在星地鏈路方面運(yùn)用相位補(bǔ)償原理進(jìn)行傳輸校正的效果較好柏锄，但水平鏈路的傳輸由于大氣的強(qiáng)閃爍等原因還沒有獲得十分理想的結(jié)果，有待進(jìn)一步的研究复亏。
在光通訊方面趾娃，光纖技術(shù)的巨大發(fā)展使光開關(guān)代替電子開關(guān)成為必須，自適應(yīng)光學(xué)技
術(shù)可以提高光纖耦合效率缔御，采用變形鏡技術(shù)進(jìn)行單模光纖開關(guān)的試驗(yàn)應(yīng)用抬闷，可以消除像差，提高耦合效率耕突，開關(guān)最大頻率可達(dá)1KHZ笤成，耦合效率由9%升至46%。變形鏡的相位調(diào)制技術(shù)還可以用于光信息編碼眷茁、全息記錄系統(tǒng)和激光自由空間通訊技術(shù)的試驗(yàn)炕泳。自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)將成為光通訊的支撐技術(shù)之一。
自適應(yīng)技術(shù)在光網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用也越來越成熟上祈。自適應(yīng)比自動(dòng)交換更進(jìn)一步, 是下一代光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向培遵。較之ASON, 自適應(yīng)光網(wǎng)絡(luò)擁有更好的自適應(yīng)和自組織能力, 它能夠?qū)Ω鞣N業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)地接入。根據(jù)業(yè)務(wù)要求和實(shí)際網(wǎng)絡(luò)狀況, 自適應(yīng)地調(diào)整節(jié)點(diǎn)傳輸參數(shù), 優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能登刺∽淹螅可以說, 自適應(yīng)光網(wǎng)絡(luò)在ASON 自動(dòng)連接管理的基礎(chǔ)上, 能夠?qū)崿F(xiàn)光傳送層的自動(dòng)管理和優(yōu)化。自適應(yīng)光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對未來光通信領(lǐng)域的發(fā)展具有重要意義纸俭。
4． 視網(wǎng)膜自適應(yīng)光學(xué)成像系統(tǒng)
眼睛是人類感知世界的“信息之窗”皇耗，約80%~90%的外部信息經(jīng)由視覺通道進(jìn)入人類的意識(shí)世界。因此揍很，對人眼的視覺分析特別是視網(wǎng)膜區(qū)域的高分辨率成像研究一直都是國外生物醫(yī)學(xué)方面的研究重點(diǎn)郎楼。實(shí)驗(yàn)表明如果能夠在7mm 瞳孔直徑的情況下也能以衍射極限成像的話矾瘾，就能用儀器順利看到視網(wǎng)膜上的感光細(xì)胞。但人眼由于角膜及晶狀體結(jié)構(gòu)的不完美使經(jīng)過的光線產(chǎn)生波前誤差箭启，而且其大小和形式因人因時(shí)而變，不可能采用施加固定校正的方法解決蛉迹。這使得一般的眼科成像系統(tǒng)無法達(dá)到衍射極限傅寡，也就無法實(shí)現(xiàn)高分辨率的眼科成像，自適應(yīng)光學(xué)正好可以解決這樣的問題北救。通過眼底視網(wǎng)膜圖像荐操，可以發(fā)現(xiàn)多種人體疾病病變信息，如心腦血管及內(nèi)分泌失調(diào)珍策，正常人和老年性黃斑托启，中心性漿液性脈絡(luò)視網(wǎng)膜病變等；但人眼象差除離焦攘宙、像散外屯耸，還包含高階像差，降低了成像分辨力蹭劈，傳統(tǒng)的眼科測量技術(shù)無法克服這些高階像差疗绣，而自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)用于人眼視網(wǎng)膜成像系統(tǒng)，則可以獲得更加清晰的眼底視網(wǎng)膜圖像铺韧。美國Rochester大學(xué)視覺科學(xué)中心的Junzhong Liang 等人使用217子孔徑的哈特曼-夏克波前傳感器配合37單元的變形反射鏡在國際上首先實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)光學(xué)的視網(wǎng)膜成像橫向空間分辨率到達(dá)2um多矮，已經(jīng)能夠分辨視細(xì)胞。此后科學(xué)家又將光學(xué)相干層析技術(shù)（optical coherence tomography哈打，OCT）和激光共焦掃描檢眼鏡（confocal scanning laser ophthalmoscopy塔逃，CSLO)分別與自適應(yīng)光學(xué)結(jié)合，使得縱向和橫向分辨率都到了細(xì)胞水平料仗，三維細(xì)胞分辨的視網(wǎng)膜成像成為可能湾盗。這些技術(shù)都成為人眼視科學(xué)研究的新式利器。近年來系統(tǒng)向著高分辨率罢维、小型化淹仑、廉價(jià)、安全穩(wěn)定的方向發(fā)展肺孵，出現(xiàn)了大量研究成果的報(bào)道匀借。
在一些專用的光學(xué)儀器上，如測量宇宙重力波的長光程激光干涉測量儀LIGO平窘、多光子共焦掃描顯微鏡吓肋，應(yīng)用自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)可以校正儀器的靜態(tài)或激光泵浦放大引入的動(dòng)態(tài)像差，從而提高穩(wěn)定性瑰艘、確保探測靈敏度是鬼。
總之肤舞，由于光學(xué)儀器在軍事、工業(yè)均蜜、醫(yī)療李剖、通訊、測試等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用囤耳，而自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)在提高儀器的性能篙顺、抗干擾、穩(wěn)定性等方面具有獨(dú)特的作用充择，伴隨系統(tǒng)集成和單元技術(shù)的不斷發(fā)展改進(jìn)和成熟德玫，成本的不斷下降，這門科學(xué)技術(shù)必將會(huì)在軍用椎麦、民用各個(gè)行業(yè)有更廣闊的發(fā)展空間宰僧，并創(chuàng)造出社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。
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