摘要：自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)是很多現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)中用于解決波前畸變有良好的效果，在很多方面有廣泛的應(yīng)用，本文主要通過介紹自適應(yīng)光學(xué)的定義，工作原理總體概況論述自適應(yīng)光學(xué)，而后從自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的三個組成及波前傳感器，波前控制法，波前校正器以及后期的圖像復(fù)原算來詳細介紹自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)，對自適應(yīng)光學(xué)的發(fā)展狀況以及面臨的問題有一定的了解，最后，總結(jié)了自適應(yīng)光學(xué)在諸多領(lǐng)域的應(yīng)用情況來了解自適應(yīng)光學(xué)的發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵字：自適應(yīng)光學(xué)；波前傳感器；波前校正器；自適應(yīng)光學(xué)圖像復(fù)原；自適應(yīng)光學(xué)應(yīng)用
一、引言
自適應(yīng)光學(xué)是在?1953?年由?Horace?W.?Babcock?提出，主要構(gòu)想是用閉環(huán)校正波前誤差來補償天文視寧度?1。但是知道上個世紀九十年代，隨著計算機技術(shù)的大幅發(fā)展，自適應(yīng)光學(xué)才得以得到普遍的使用.在冷戰(zhàn)期間美國曾經(jīng)使用自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)來追蹤蘇聯(lián)的衛(wèi)星，從而極大地促進了自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的發(fā)展。
自適應(yīng)光學(xué)是為了消除波前畸變，提高光學(xué)系統(tǒng)對于環(huán)境的適應(yīng)能力，得到更好的成像效果。它的主要工作原理就是通過波前傳感器計算光學(xué)像差，輸出到波前控制器，由波前控制器進行處理轉(zhuǎn)換成為波強校正器的輸入，從而調(diào)節(jié)鏡面的面形，補償波前畸變來實現(xiàn)更好的成像效果。
從而使的具有波前畸變的光場成為平面波，得到分辨率更高的像，提高成像效果。
二、波前傳感器
1.波前傳感器是用來測量光場中的相位誤差，提供實時的電壓控制信號給波前校正器，獲得接近衍射極限的圖像。波前傳感器主要有四種：ShackHartmann?Wavefront?sensor，Wavefront?Curvature?sensor，點衍射干涉儀。橫向剪切干涉儀等等.點衍射干涉儀可以直接測量波前相位，橫向剪切干涉儀和?Shack-Hartmann?Wavefront?sensor?可以通過測量斜率，在通過算法得到波前相位。波前曲率傳感器通過測量光場的曲率得到光場的相位。
2.Shack-Hartmann?Wavefront?sensor?工作原理
Shack-Hartmann?Wavefront?sensor?是由前面的lens?和后面的?CCD?探測器陣列組成，光場通過lens?投影到各個?CCD?陣列上面的進行成像，從而得到各個光斑重心相對于參考位置的偏移量，偏移量與透鏡焦距的比值即為在小孔前面的光波的分別在?x?方向和?Y方向的平均斜率?4.?Shack-Hartmann?Wavefront?sensor?是多數(shù)自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的波前檢測傳感器，主要是因為其光能利用率高，動態(tài)測量范圍較大，結(jié)構(gòu)簡單，但也存在空間分辨率限制和模式截斷誤差和模式混淆誤差。
3.其他波前傳感器的工作原理和優(yōu)缺點
橫向剪切干涉儀利用光柵衍射效應(yīng)的波前橫向剪切干涉圖樣測得相位分布，主要的優(yōu)點是能夠得到較高的信噪比，能夠在白光條件下工作，但是光能利用率較低，對于非對稱的波前畸變的測量有較大的誤差，主要用于強光信號系統(tǒng)。
波前曲率傳感器直接測量波前的相位信息，并且可以直接驅(qū)動波前校正器，提高系統(tǒng)的信號處理速度，但是對高階像差的測量精度較低，故只適用于低階像差信號系統(tǒng)的測量。
點衍射干涉儀是將光束聚焦在中心位置有針孔的半透明掩模板上，被測光束的相位信息會出現(xiàn)在波面和針孔衍射的干涉圖中.優(yōu)點是抗干擾性較好，對相干性要求不高，但同樣是由于光能的利用率較低，所以只能適用于光強信號較強的系統(tǒng)。
4.光學(xué)波前傳輸?shù)哪M方法
光學(xué)系統(tǒng)的波前模擬主要有四種方法：Zernike?多項式?K-L?函數(shù)展開法，F(xiàn)ourier?法，小波方法以及?ARIMA?法.Zernike?法適合于圓形域的波前模擬，小波方法計算量較大，無法滿足實時性要求.Fourier?方法在長時間模擬過程中有很大的不足.故以?Zernike?方法是現(xiàn)在自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛的方法。
三、波前控制器
1.波前控制器相當于計算機中的?CPU，能夠?qū)崿F(xiàn)實時處理波前傳感器的信號，重構(gòu)波前相位關(guān)系，并且提供控制信號控制波前校正器調(diào)整面形，從而實現(xiàn)波前校正，要求能夠?qū)崟r處理波前傳感器的信號，要求波前控制器有強大的信號處理能力，簡便的算法等等。
2.波前控制器實時性要求（針對?Shack-Hartmann?Wavefront?sensor）：要求波前控制器在?Shack-Hartmann?Wavefront?sensor?第?N+1?幀輸出結(jié)束之前完成對第?N?幀圖像的處理.即是意味著波前控制器的運算延時必須小于?CCD的采樣周期.
3.波前重構(gòu)過程中的算法研究問題
波前重構(gòu)的任務(wù)就是利用?Shack-Hartmann?Wavefront?sensor?測量得到的率數(shù)據(jù)恢復(fù)成為波前相位，在波前重構(gòu)過程中要考慮到實時性要求，高度要求，故在算法研究上著重與減少算法的復(fù)雜度和運算量.在波前重構(gòu)中區(qū)域法和模式法是應(yīng)用較為廣泛的研究方法，利用區(qū)域法和模式法進行波前重構(gòu)最終都會歸結(jié)到高維多元一次線性方程的求解，而求解線性方程主要有直接法（主要以?SVD?分解法）和迭代法(Krylov?空間法).在一般情況下，波前重構(gòu)綜合這幾種方法來提高計算速度，但在超大型的光學(xué)系統(tǒng)中，CCD單元數(shù)量較多的情況下，重構(gòu)波前采用區(qū)域迭代法來滿足實時性要求。
四、波前校正器
4.1.波前校正器原理及分類
波前校正器接受波前控制器的輸出信號通過電壓信號改變面形從而改變光程或者改變傳輸媒介的折射率以校正相位.目前波前校正器主要有一下幾種類型：分離促動器連續(xù)表面變形鏡，拼接子鏡變形鏡，薄膜變形鏡，雙壓電片變形鏡，微電子機械系統(tǒng)（MEMS）變形鏡等等。
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