摘要：自適應光學係統是很多現代光學係統中（zhōng）用於解決波前畸變（biàn）有良好（hǎo）的效果，在很多方麵有廣泛的應用，本文主要通過介紹自適應光學的定義（yì），工作原理總體概況論（lùn）述自適應光學，而後從（cóng）自適應光學係統的三個組成及（jí）波前傳感器，波前控製法，波前校正器以及後期的圖像複原算（suàn）來（lái）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有一定的了解，最（zuì）後，總結了自適應光學（xué）在諸多領域的應用情況來（lái）了解自適應光學的發展趨勢。
關（guān）鍵字：自適應光學；波前傳感器；波（bō）前校正（zhèng）器；自適應光學圖像複原；自（zì）適應光（guāng）學應用
一、引言
自適應光學是（shì）在 1953 年由 Horace W. Babcock 提出，主要構想是用閉環校正波前誤差來補償天文視寧度（dù） 1。但是知道（dào）上個世紀九十年代，隨著計算機技（jì）術的大幅發展，自適應光學（xué）才得以得到普遍的使用.在冷戰期間（jiān）美國曾經使用自適應光學技術來（lái）追蹤蘇聯（lián）的衛星，從而極大地促進（jìn）了自適應光學（xué）技術的發展。
自適應光學是為了消除波前畸變，提高光學係統對於環（huán）境的適應能力，得到（dào）更（gèng）好的成像效果。它的主要工作原理就（jiù）是通過波前傳感器計算光學像差，輸出到波前控製器，由波前控製器（qì）進行處理（lǐ）轉換成為波強校正器的輸入，從而調節鏡（jìng）麵的麵形，補償波前畸變來（lái）實現更好的成像（xiàng）效果。
從（cóng）而使的具有波前畸變的光場成為平麵波，得到分辨率更高（gāo）的像，提高成（chéng）像效果。
二、波前傳感器
1.波前（qián）傳感器是用來測量光場中的（de）相位（wèi）誤差，提供（gòng）實時的電壓控製信號給波前校正器，獲得接近（jìn）衍射極限的圖像。波前傳感器主（zhǔ）要有四種：ShackHartmann Wavefront sensor，Wavefront Curvature sensor，點（diǎn）衍（yǎn）射幹涉儀。橫向剪切幹（gàn）涉儀等等.點（diǎn）衍射（shè）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 可以通過測量斜率，在通過算法得到波（bō）前相（xiàng）位。波前曲率傳感（gǎn）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 是由前麵的lens 和後麵的 CCD 探測器陣列組成，光場通（tōng）過lens 投影到各個 CCD 陣列上（shàng）麵的進行成像，從而得到各個光斑重心（xīn）相對於（yú）參考（kǎo）位置的偏（piān）移量，偏移量與透鏡焦距的比值即為在小孔前麵的光波的（de）分別（bié）在 x 方向和 Y方向的平均斜率 4. Shack-Hartmann Wavefront sensor 是（shì）多數自適應光（guāng）學係統的波前（qián）檢測傳感器，主要是因為其（qí）光能利用（yòng）率高，動態測量範圍（wéi）較大（dà），結構簡單，但也（yě）存在空間分辨率限製和模式（shì）截斷誤差和模式混（hún）淆誤（wù）差。
3.其他波前傳感器的工作原理和優缺點
橫向剪（jiǎn）切（qiē）幹涉儀利用光柵衍射效應（yīng）的波（bō）前橫向剪切幹涉圖樣測得相（xiàng）位分布，主要的優點是（shì）能夠得到較高的信噪比（bǐ），能夠在（zài）白光條件下工作，但是光能利用率較（jiào）低，對於非對稱的波（bō）前畸變（biàn）的測量有較大的誤差，主要用於強光信號係統。
波（bō）前（qián）曲率傳感器直接測量波前的相位信息，並且可以直接驅動波前校正器，提高係統的信號處理速度，但是對高階像差的測量精度較低，故隻適（shì）用於低階像差信號係統的測量。
點衍（yǎn）射幹涉儀是（shì）將光束聚焦在中心位置有（yǒu）針孔的半（bàn）透明掩模（mó）板上，被測光束的相位信息會出（chū）現在波（bō）麵和針孔衍射的幹涉圖中.優點是（shì）抗幹擾性較好，對相幹性要求不高，但同（tóng）樣是由於（yú）光能的利用（yòng）率較低，所以隻（zhī）能適用於光強信號較強的係（xì）統。
4.光學波前傳輸的（de）模（mó）擬方法（fǎ）
光學係統的波前模擬主（zhǔ）要有四種方法：Zernike 多項（xiàng）式 K-L 函數展開法，Fourier 法，小波方法以及 ARIMA 法.Zernike 法適合於圓（yuán）形域的波前模擬，小波方法計算量較大，無法（fǎ）滿足實時性（xìng）要（yào）求.Fourier 方法（fǎ）在長時間模擬過程中有很大的不足.故以 Zernike 方法是現在自適應光學係統應用最為廣泛（fàn）的方法（fǎ）。
三、波前控製器
1.波前控（kòng）製器相當於計算機中的 CPU，能夠實現實時處（chù）理（lǐ）波前傳感（gǎn）器的信號，重構波前相位關係，並且提供控（kòng）製信號控製波前校正器調（diào）整麵形，從而實現波前校正，要求（qiú）能夠實時處理波（bō）前傳（chuán）感器的信號，要求波前控製器有強大的（de）信（xìn）號處理能力，簡便（biàn）的算法等等。
2.波前控製器實時性（xìng）要（yào）求（qiú）（針（zhēn）對 Shack-Hartmann Wavefront sensor）：要求（qiú）波前控製器在 Shack-Hartmann Wavefront sensor 第 N+1 幀輸（shū）出結束之前完成對第 N 幀圖像的處理.即是意味著波前控製器的運算延時必須小於 CCD的（de）采樣周期.
3.波前重構過程中的算法研究問題
波前重構的任務就是利用 Shack-Hartmann Wavefront sensor 測量得到的率數據（jù）恢複成為（wéi）波前相位，在波前重構過程中（zhōng）要考慮到實時性要求，高度要求（qiú），故在算法研究上著重與減（jiǎn）少算法的複（fù）雜度和運算量.在波前重構中區域法和模式法是應用較為廣泛的研究方法，利（lì）用區域法和模式法（fǎ）進（jìn）行波前重構最終都會歸結到高維多元一次線性方程的求解，而（ér）求解線性方程主要有直接（jiē）法（主要以 SVD 分解法（fǎ））和迭（dié）代法(Krylov 空間法).在一般情況下，波前重構綜合這幾種方法（fǎ）來提高計算速度，但在超大型的（de）光學係統（tǒng）中，CCD單元數量較多的情況下，重構波（bō）前采用區域迭代法（fǎ）來滿足實時性（xìng）要求。
四、波前校正器
4.1.波前校正（zhèng）器原理及分類
波（bō）前校正器（qì）接受波前控製（zhì）器的（de）輸出信號通過（guò）電壓信號改（gǎi）變（biàn）麵形從而改變光（guāng）程或者改變傳輸媒介的折（shé）射率以校正相位.目前波前校正器主要有一下幾種類型：分離促動器連續表麵變形鏡，拚接子鏡變形鏡（jìng），薄膜變形鏡，雙壓電片變形鏡，微電子機械係統（MEMS）變（biàn）形鏡（jìng）等等。
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