摘要：自適應光學係統（tǒng）是很多現代光學係統中用於解決波前畸變有良好（hǎo）的效果，在很多方麵有廣泛的應用，本文主（zhǔ）要通過介紹自適應光學的定義，工作原理總體概況（kuàng）論（lùn）述自適（shì）應光學，而後從（cóng）自適（shì）應光學係統的（de）三個組成及波（bō）前傳感器，波前控製法，波前校正器以及後期的圖（tú）像複原算來（lái）詳細介紹自適應光（guāng）學係統，對自（zì）適應光學的發展狀（zhuàng）況以及麵臨的問題有一（yī）定的了解，最後，總結了自適（shì）應光學在（zài）諸多領域的應用情況來了解自適應光學的發展趨（qū）勢。
關鍵字（zì）：自適（shì）應光學；波（bō）前傳感（gǎn）器（qì）；波前校正器；自適應光學（xué）圖像複原；自適（shì）應光學應用
一、引言
自適應光學是在 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。但是知道上個世紀九十年代，隨（suí）著（zhe）計（jì）算機技術的大幅（fú）發展，自適應光學才得以得到普遍的使用.在冷戰期間美國曾經使用自（zì）適應光學技術來追蹤蘇聯的衛星，從而極大地促進了自適應光學技術的發展。
自適應光（guāng）學（xué）是為了消除波前畸（jī）變，提高光學係統對（duì）於（yú）環境的適應能力，得到更（gèng）好的成像效果。它的主要工作原理就是通過波前傳感器（qì）計算光學像差，輸出到波前控製器，由波（bō）前（qián）控製器進行處（chù）理轉換成為波強校正器的輸入，從而調節（jiē）鏡麵的麵形，補償波前畸變來實現更好（hǎo）的成像效果。
從而使的具有波前畸變的光場成為平麵波，得（dé）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（lái）測量光場中的相位誤差，提供實時（shí）的電壓控製信號給波前校正器，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，點衍射幹涉儀。橫向剪切幹（gàn）涉儀（yí）等等.點衍（yǎn）射幹涉儀（yí）可以直接測量波前相位，橫向剪切幹（gàn）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（de）曲率得到光場的相（xiàng）位。
2.Shack-Hartmann Wavefront sensor 工作原理
Shack-Hartmann Wavefront sensor 是（shì）由前（qián）麵的lens 和後麵的 CCD 探測器陣列組成，光場通過lens 投影到各個 CCD 陣列上麵的進行成（chéng）像，從而得到各個光斑重心相對（duì）於參考位置（zhì）的偏移量，偏移量與透鏡焦距的（de）比值即為在小孔前麵的光波的分別在 x 方向和 Y方向的平均斜（xié）率 4. Shack-Hartmann Wavefront sensor 是多數自適應光（guāng）學係統的波前檢測傳感器，主要是因為其光能利用率高，動態測量範圍較大，結構簡單，但也存在空間分辨率限（xiàn）製（zhì）和模式截斷誤差和模式混淆誤差。
3.其（qí）他波前傳感器的工作原理和優缺點
橫向剪切幹涉儀利（lì）用光柵衍射（shè）效應的波前橫向剪切幹（gàn）涉圖樣測得相位分布，主要的（de）優點（diǎn）是能夠得到較高的信噪（zào）比，能夠在白光條件（jiàn）下工作，但是光能利用率較（jiào）低，對於（yú）非對稱的波前畸變的測量有較（jiào）大的誤差，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（wèi）信息，並且可以直接驅動波前（qián）校（xiào）正器，提高係統的信（xìn）號處理速（sù）度，但是對高階像（xiàng）差的測量精度較低，故（gù）隻適用於低階像差信號係（xì）統的測量。
點衍射幹涉儀是將光束聚焦在中心（xīn）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在（zài）波麵和針孔衍（yǎn）射的幹（gàn）涉圖（tú）中（zhōng）.優點是抗幹擾性較好，對相幹性（xìng）要求不高，但同樣是由於光能的利用率較低，所以隻能適用（yòng）於光強信號較強的（de）係統。
4.光學波前（qián）傳輸的模擬方法
光學係統的波前模擬（nǐ）主要有四（sì）種方法：Zernike 多項式 K-L 函（hán）數（shù）展開法，Fourier 法，小波方法（fǎ）以及 ARIMA 法.Zernike 法適合於圓形域的（de）波前模擬，小波方法計（jì）算量較大，無法滿足實時性要求.Fourier 方法在長時間模擬過程（chéng）中有很大的不足（zú）.故以 Zernike 方法是現在自適應光學係統應用最為廣泛的方法。
三、波前控製器（qì）
1.波前控製器相（xiàng）當於計（jì）算（suàn）機中的 CPU，能夠實現實時處理波（bō）前傳感器的信號，重構波前相位關係（xì），並且提供控製信號控製波前校正器調整（zhěng）麵形，從而實現波前校正，要求能夠實時處理波前傳感器的信（xìn）號，要求波前控製器有強大的信（xìn）號處理能力，簡便的算法等等。
2.波前控製器實（shí）時性要求（針對 Shack-Hartmann Wavefront sensor）：要求（qiú）波（bō）前控（kòng）製（zhì）器在 Shack-Hartmann Wavefront sensor 第 N+1 幀輸出結束（shù）之前完成對第 N 幀圖像的處理.即是（shì）意味著波前控製器的運算延時必須小於 CCD的采樣周（zhōu）期.
3.波前（qián）重構過程中的算法（fǎ）研究問（wèn）題
波前（qián）重構的任務就是利用（yòng） Shack-Hartmann Wavefront sensor 測量得到的率數據恢複（fù）成為波前相位，在波前（qián）重構過程中要考慮到實時性（xìng）要求，高度要求，故在算法研究上著重與減少算法的複雜度和運算量.在波前重構中區域（yù）法和模式法是應用較為廣（guǎng）泛的研究方法，利用區（qū）域法和模式法進行波前重構最終都會歸結到高維多元（yuán）一次（cì）線性方程的求解，而求解線性方程主（zhǔ）要（yào）有直接法（主要以（yǐ） SVD 分解法）和迭代法(Krylov 空間法).在一般情況下，波前（qián）重構綜合這幾種方法來提高計算速度，但在超大型的光學係（xì）統中，CCD單元數量較多的情況下，重構波前（qián）采用區域迭代（dài）法來滿足實時性要求。
四、波前校正器
4.1.波（bō）前校正器原理及（jí）分類
波前校正器接受波前控製器的輸出信號通過電壓（yā）信號改變麵形從而改變（biàn）光程或者（zhě）改變（biàn）傳輸媒介的折射率以校正相位.目前波前校（xiào）正器（qì）主要有一下幾種類型：分（fèn）離促動器連續表麵變形鏡，拚接子（zǐ）鏡變形鏡，薄膜變形鏡，雙壓（yā）電片變形鏡，微電子機械係統（MEMS）變形鏡等等。
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