Адаптивная оптика - раздел оптики, занимающийся разработкой оптич. систем с динамич. управлением формой волнового фронта для компенсации случайных возмущений и повышения т. о. предела разрешения наблюдат. приборов, степени концентрации излучения на приёмнике или мишени и т. п. Адаптивная оптика начала интенсивно развиваться в 1950-е гг. в связи с задачей компенсации искажений фронта, вызванных атм. турбулентностью и накладывающих осн. ограничение на разрешающую способность наземных телескопов. Позднее к этому добавились проблемы создания орбитальных телескопов и мощных лазерных излучателей, подверженных др. видам помех. Адаптивные оптич. системы классифицируются по порядку волновых аберраций (см. Аберрации оптических систем ),к-рые они способны компенсировать (т. е. по степени полинома, в виде к-рого представляется распределение фазовой поправки по сечению пучка).
Простейшие системы - 1-го и 2-го порядков
- изменяют общий наклон волнового фронта и его кривизну простым перемещением
отд. оптич. элементов фиксированной формы. Для систем более высокого порядка
в качестве корректирующих элементов вначале чаще всего использовались зеркала,
разбитые на соответствующее число самостоятельно перемещаемых сегментов. Постепенно
они вытесняются гибкими ("мембранными") зеркалами, формой поверхности
к-рых управляют либо созданием изгибающих моментов внутри самого зеркала, либо
действием сил со стороны несущей конструкции. Часто используются небольшие деформируемые
зеркала с пьезоэлектрич. приводами, устанавливаемые на участках оптич. системы
с умеренными размерами сечения светового пучка (неподалёку от фокальной плоскости
объектива телескопа и т, п.).
Информацию о необходимом воздействии на волновой фронт получают методом
пробных возмущений либо непосредств. измерением формы фронта. Оба эти
способа применяются при создании как приёмных, так и излучающих систем.
Метод пробных возмущений (или апертурного зондирования). Заключается в
измерении реакции на небольшие, преднамеренно вносимые фазовые
искажения. Контролируемым параметром при этом обычно является
интенсивность излучения в сфокусированном пятне либо интенсивность
света, рассеянного мишенью. Эффекты, за к-рые ответственны разные виды
фазовых искажений, разделяют либо по частоте (т. н. многовибраторный
метод), либо по времени (т. н. многоступенчатый или последоват. метод). В
первом случае возбуждаются малые гармонич. колебания
разл. участков зеркала (либо колебат. моды зеркала в целом) с разл.
частотами; спектральный анализ результирующего сигнала позволяет
установить величину и направление необходимых для оптимизации системы
изменений формы фронта. Во втором случае возбуждение колебаний отд.
участков или мод зеркала осуществляется последовательно во времени.
Для пробных возбуждений и итоговой корректировки фазового распределения
обычно используются разные зеркала - одно обеспечивает малые изменения
фазы с высокими временными частотами, второе имеет значительно больший
диапазон изменения формы и может быть более инерционным. Связанное с
этим усложнение осн. оптич. тракта в определ. степени компенсируется
применением лишь одного некогеревт-ного приёмника излучения.
Прямое измерение формы волнового фронта. Для него разработаны самые
разнообразные и порой весьма оригинальные способы (гл. обр.
интерферометриче-ские), обычно применяемые в сочетании с методом
компенсации волнового фронта (для приёмных систем) и методом фазового
сопряжения (для излучателей). Метод компенсации заключается в
восстановлении у волнового фронта излучения, пришедшего от находящегося в
поле зрения точечного объекта, идеальной сферич. формы (утраченной им
вследствие влияния турбулентности атмосферы и аберраций объектива
телескопа).
Схема метода фазового сопряжения. Толстая линия - волновой фронт исходной волны; тонкая - волновой фронт опорного излучения; стрелками показано направление распространения волновых фронтов.
В методе фазового сопряжения волновому
фронту излучения, испускаемого мощным источником, придаётся форма, сопряжённая
по фазе с фронтом опорного излучения, рассеянного мишенью и пришедшегок источнику
(рис.; для предварит. освещения мишени с целью получения опорного излучения
может использоваться как основной, так и вспомогат. источник). Т. о., на излучаемую
волну заранее накладываются такие искажения, что последующие искажения на пути
её распространения оказываются скомпенсированными;
этим достигается макс. концентрация излучения за мишени.
Нередко к А. о. относят также область лазерной техники, связанную с
применением фазово-сопряжённых волн для автокомпенсации искажений
волнового фронта в мощных лазерных усилителях. В нек-рых случаях удаётся
непосредств. преобразование опорной волны в сопряжённую с помощью
методов нелинейной оптики и голографии (см. Обращение волнового фронта).
Ю. А. Ананьев.
|
|
 |
