Адаптивная оптика

Адаптивная оптика — раздел физической оптики, изучающий методы устранения нерегулярных искажений, возникающих при распространении света в неоднородной среде, с помощью управляемых оптических элементов. Основные задачи адаптивной оптики — это повышение предела разрешения наблюдательных приборов, концентрация оптического излучения на приемнике или мишени и т.п.

Адаптивная оптика находит применение в конструировании наземных астрономических телескопов, в системах оптической коммуникации, в промышленной лазерной технике, в офтальмологии и пр., где позволяет компенсировать, соответственно, атмосферные искажения, аберрации оптических систем, в том числе оптических элементов глаза человека.

Адаптивная оптическая система

Общая схема адаптивной оптической системы

Конструктивно адаптивная оптическая система обычно состоит из датчика, измеряющего искажения (датчик волнового фронта), корректора волнового фронта и системы управления, реализующей связь между датчиком и корректором.

Датчики волнового фронта

Существуют разнообразные методы, позволяющие как оценивать качественно, так и измерять профиль волнового фронта. Наиболее популярными в настоящее время являются датчики интерференционного типа и типа Шака-Гартмана. Действие интерференционных датчиков основано на когерентном сложении двух световых волн и формировании интерференционной картины с зависящей от измеряемого волнового фронта интенсивностью. При этом, в качестве второй (опорной) световой волны может использоваться волна, полученная из исследуемого излучения путем пространственной фильтрации.

Датчик типа Шака-Гартмана состоит из матрицы микролинз и расположенного в их фокальной плоскости фотоприёмника. Каждая линза обычно имеет размеры от 1 мм и меньше. Линзы датчика разделяют исследуемый волновой фронт на субапертуры (апертура одной микролинзы), формируя в фокальной плоскости совокупность фокальных пятен. Положение каждого из пятен зависит от локального наклона волнового фронта пучка, пришедшего на вход датчика. Измеряя поперечные смещения фокальных пятен, можно вычислить средние углы наклонов волнового фронта в пределах каждой из субапертур. По этим величинам вычисляется профиль волнового фронта на всей апертуре датчика.

Корректоры волнового фронта

Общая схема датчика волнового фронта типа Шака-Гартмана

Адаптивное (деформируемое) зеркало (англ.) является наиболее популярным инструментом для управления волновым фронтом и коррекции оптических аберраций. Идею коррекции волнового фронта составным зеркалом предложил В.П.Линник в 1957 году^[1][2]. Широкое распространение такая система получила с середины 1990-х годов в связи с развитием технологии её изготовления и с возможностью точнейшего компьютерного управления и контроля. В частности широко распространены униморфные (полупассивный-биморф) зеркала. Такое зеркало состоит из тонкой пластины, изготовленной из пьезоэлектрического материала, на которой особым образом расположены электроды. Пластина присоединена к подложке, на передней поверхности которой сформирована оптическая поверхность. При приложении напряжения к электродам пьезоэлектрическая пластина сжимается (или расширяется), что приводит к изгибу оптической поверхности зеркала. Особое пространственное расположение электродов позволяет формировать сложные рельефы поверхности.

Скорость управления формой адаптивного зеркала позволяет их использование для компенсации динамических аберраций в режиме реального времени.

В астрономических приложениях для систем адаптивной оптики нужен опорный источник, который служил бы эталоном блеска при уменьшении системой влияния атмосферной турбуленции, причём он должен быть расположен на достаточно близком угловом расстоянии от исследуемой области неба. В некоторых системах в качестве такого источника используется «искусственная звезда», созданная возбуждением атомов натрия на высоте 90 км над поверхностью Земли наземным лазером^[2].

Примечания

1. ↑ Линник В.П. О принципиальной возможности уменьшения влияния атмосферы на изображение звезды // Оптика и спектроскопия : Журнал. — В. 4. — Т. 3. — С. 401—402.
2. ↑ ^{1 2} Больбасова Л. Адаптивная оптика на пути к решению загадок астрономии // Наука и жизнь. — 2012. — № 1. — С. 70—72.

Литература

Схема работы адаптивного (деформируемого) зеркала

• Воронцов М. А., Шмальгаузен В. И. Принципы адаптивной оптики. — М.: Наука, 1985.
• Воронцов М. А., Корябин А. В., Шмальгаузен В. И. Управляемые оптические системы. — М.: Наука, 1988.

Ссылки

• На Викискладе есть медиафайлы по теме Адаптивная оптика
• Лаборатория адаптивной оптики  (рус.). Физический факультет МГУ имени М. В. Ломоносова. Архивировано из первоисточника 29 марта 2012. Проверено 2 декабря 2010.
• Лекции по адаптивной оптике под редакцией А.А.Токовинина

Для улучшения этой статьи желательно?: Исправить статью согласно стилистическим правилам Википедии. Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное.