摘要：自適應光學係統是很多現（xiàn）代（dài）光學係統中用於解決波前畸變有良好的（de）效果，在很多方麵有廣泛的應用，本（běn）文（wén）主要通過介紹自適應光學的定（dìng）義，工作原理總（zǒng）體概況論述自適應光學，而後從自適應光學係（xì）統的三個組成及波前傳感器，波前控製（zhì）法，波前校正器以及後期的圖（tú）像複原算來詳細介紹自適應光學係統，對自適應光學的（de）發展狀況以及麵臨的問題（tí）有一定的了解，最後，總結了自適應光學在諸多領域（yù）的應用（yòng）情況來了解自適應光學的發展趨勢。
關鍵字：自適應光（guāng）學；波前傳感器；波前校正（zhèng）器；自適應光學圖像複原；自適應（yīng）光學應用
一、引言
自（zì）適應光學是在 1953 年（nián）由 Horace W. Babcock 提出，主要構想（xiǎng）是用閉環校（xiào）正波前誤差來補償（cháng）天文視寧度 1。但（dàn）是知道（dào）上個世紀九十年代，隨著計算機技術的（de）大（dà）幅發展，自（zì）適應光學才得以得到普遍的（de）使用.在（zài）冷戰期間美國（guó）曾經使用自適應光學技術來（lái）追蹤蘇聯的衛星，從而極大地促進（jìn）了自適應光學技術（shù）的發展。
自適應光學是為了消除波前畸變，提高光（guāng）學係統對於環境的適應能力，得到更好（hǎo）的成像效果。它的主要（yào）工作原理就是通過波前傳感器計（jì）算光學像差，輸出到波前控製器，由波前控製器進行處理轉換成為波強校正器的輸入，從而調節鏡麵的麵形，補償波前（qián）畸變來實現更（gèng）好的成（chéng）像效果。
從而使（shǐ）的具有波前畸變的光場成為平麵波，得到分辨率更高的像，提高成像效（xiào）果。
二、波前傳（chuán）感器
1.波前（qián）傳感器是用來測量光場中的相位誤差，提供實時的電壓控製信號給波（bō）前校正（zhèng）器，獲得接近衍射極（jí）限的圖像。波前傳感器主要有四（sì）種：ShackHartmann Wavefront sensor，Wavefront Curvature sensor，點衍射幹涉儀。橫向剪切幹（gàn）涉儀等等.點（diǎn）衍射幹涉儀可以直接測量波前相位，橫向剪切幹涉儀和 Shack-Hartmann Wavefront sensor 可（kě）以通過測量斜率（lǜ），在通過算法得到波前相（xiàng）位。波前曲率傳感器通（tōng）過測量光（guāng）場的曲（qǔ）率（lǜ）得到光場的相位。
2.Shack-Hartmann Wavefront sensor 工作原理
Shack-Hartmann Wavefront sensor 是由前麵的lens 和後（hòu）麵的（de） CCD 探測器陣列組成，光場通過lens 投影到各個 CCD 陣列（liè）上麵的進行（háng）成像，從而得到各個光斑重心相對於參考位（wèi）置的偏移（yí）量，偏移量與透鏡焦距的比值即為在小孔前麵的光波的分別在 x 方向和 Y方向的平（píng）均斜率 4. Shack-Hartmann Wavefront sensor 是多數自適應光學係統的波前（qián）檢測傳感器，主要是因為其光能利用（yòng）率高，動態測量範（fàn）圍較大（dà），結構簡（jiǎn）單，但也存在空間分辨（biàn）率限製和模式（shì）截斷誤差和模式混淆誤（wù）差。
3.其他波前傳（chuán）感器的工作原理和優缺點
橫向剪（jiǎn）切幹涉儀利用光柵衍射效應（yīng）的波前橫向剪（jiǎn）切幹涉圖樣測得相位分布，主要的優點是能（néng）夠得到較高的信噪比，能夠（gòu）在白光條件下工作，但（dàn）是光能利用率（lǜ）較（jiào）低，對（duì）於非對稱的波前畸變的測量有較大的（de）誤差（chà），主要用於強光信號係統。
波前曲率傳感器直接測量波前的相位信息，並且可以直接驅動（dòng）波前校正器，提高係統的信號處理速（sù）度，但是對高階像差的測量（liàng）精（jīng）度較低，故隻適用於低（dī）階像差信號係統（tǒng）的測量。
點衍射幹涉（shè）儀是將光束聚焦在中心位置有針孔（kǒng）的半（bàn）透（tòu）明掩模板上，被測光束的（de）相位信息會（huì）出現在波麵和針孔衍射的幹涉圖中（zhōng）.優點是抗幹擾（rǎo）性較好，對相幹性要（yào）求不高，但同樣（yàng）是由於（yú）光能的利用率較低（dī），所（suǒ）以隻（zhī）能適用於光強（qiáng）信號較強的係統。
4.光學波前傳輸的模擬方（fāng）法
光學係統（tǒng）的波前模擬主（zhǔ）要有四種方法：Zernike 多項式 K-L 函數展開法，Fourier 法，小波方法以及 ARIMA 法.Zernike 法（fǎ）適合於圓形域的波前模擬，小波方法計算量較大，無（wú）法滿足實時性要求.Fourier 方法在（zài）長時（shí）間模擬過程中有很大的不足.故以 Zernike 方法是（shì）現在自（zì）適應光學係統應（yīng）用最為廣泛的方法。
三、波（bō）前控製器
1.波前控製器（qì）相當於計算機中的 CPU，能夠實現實時處（chù）理波前傳（chuán）感器的信號，重構波前相位（wèi）關係，並且提供控製信號控製波前校正器調整（zhěng）麵形，從而實現波前校（xiào）正，要求能夠實時處理波前傳（chuán）感器的信號，要求波前控製器有強大的信號處理能力，簡便的算法等等。
2.波前（qián）控（kòng）製器實時（shí）性要求（針對 Shack-Hartmann Wavefront sensor）：要求（qiú）波前（qián）控製（zhì）器在 Shack-Hartmann Wavefront sensor 第 N+1 幀輸出結束之前完成對第（dì） N 幀圖像的處理.即是意味（wèi）著波前控製器的運算延時必（bì）須小於 CCD的采樣周期.
3.波前重構（gòu）過程中的算法研究問題
波前重構的任務就（jiù）是利用 Shack-Hartmann Wavefront sensor 測量得到的率數據恢複成為波前相（xiàng）位，在波前重構過（guò）程中要考（kǎo）慮到（dào）實時性要求，高度要求，故在算法研究上著重與減少（shǎo）算法的複雜度和運算量.在波前重構中區（qū）域法和模（mó）式法是應用較為廣泛的研究方法，利用區域法和模式（shì）法進行波前重構最終都會歸結到高維多元（yuán）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（fèn）解法）和（hé）迭代法（fǎ）(Krylov 空間法).在一（yī）般情況下，波前重構綜合這（zhè）幾（jǐ）種方法來提高計算速度，但在超大型的光學（xué）係統中，CCD單元數量較多的（de）情況下（xià），重構波前采用區域迭代法來（lái）滿足實時性要求。
四、波前校正（zhèng）器
4.1.波前（qián）校正器原理及分（fèn）類
波（bō）前校正器（qì）接（jiē）受波前控製器的輸出信號通（tōng）過電壓信號改變（biàn）麵形從而改變光程或者改變傳輸媒介（jiè）的折射率以校正相（xiàng）位.目前波前校（xiào）正器主要有一下幾（jǐ）種類型：分（fèn）離促動器連續表麵變形鏡，拚接子鏡變形鏡，薄（báo）膜變形（xíng）鏡（jìng），雙壓電片變形鏡，微（wēi）電（diàn）子機械係統（MEMS）變形鏡等等。
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