自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)概述

時(shí)間：2023-06-08 18:21:01 | 來源：營銷百科

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自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)概述：自適應(yīng)光學(xué)（英語：Adaptive optics,AO）是一項(xiàng)使用可變形鏡面矯正因大氣抖動(dòng)造成光波波前發(fā)生畸變，從而改進(jìn)光學(xué)系統(tǒng)性能的技術(shù)。自適應(yīng)光學(xué)的概念和原理最早是在1953年由海爾天文臺(tái)的胡瑞斯·拜勃庫克（Horace Babcock）提出的，但是超越了當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平所能達(dá)到的極限，只有美國軍方在星球大戰(zhàn)計(jì)劃中秘密研發(fā)這項(xiàng)技術(shù)。冷戰(zhàn)結(jié)束后，1991年5月，美國軍方將自適應(yīng)光學(xué)的研究資料解密，計(jì)算機(jī)和光學(xué)技術(shù)也足夠發(fā)達(dá)，自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)才得以廣泛應(yīng)用。配備自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的望遠(yuǎn)鏡能夠克服大氣抖動(dòng)對(duì)成像帶來的影響，將空間分辨率顯著提高大約一個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)到或接近其理論上的衍射極限。第一臺(tái)安裝自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的大型天文望遠(yuǎn)鏡是歐洲南方天文臺(tái)在智利建造的3.6米口徑的新技術(shù)望遠(yuǎn)鏡。越來越多的大型地面光學(xué)/紅外望遠(yuǎn)鏡都安裝了這一系統(tǒng)，比如位于夏威夷莫納克亞山的8米口徑雙子望遠(yuǎn)鏡、3.6米口徑的加拿大-法國-夏威夷望遠(yuǎn)鏡、10米口徑的凱克望遠(yuǎn)鏡、8米口徑的日本昴星團(tuán)望遠(yuǎn)鏡等等。自適應(yīng)光學(xué)已經(jīng)逐步成為各大天文臺(tái)所廣泛使用的技術(shù)，并為下一代更大口徑的望遠(yuǎn)鏡的建造開辟了道路。

自從天文望遠(yuǎn)鏡誕生400年以來，它從小型手控的光學(xué)器材發(fā)展到由計(jì)算機(jī)控制的龐大復(fù)雜儀器。其間，有兩個(gè)參數(shù)極其重要：望遠(yuǎn)鏡的口徑（聚光能力）和角分辨率（圖像的清晰度）。對(duì)于一架在太空中使用的性能絕佳的望遠(yuǎn)鏡來說，分辨率直接與口徑的倒數(shù)成正比。從遙遠(yuǎn)星球發(fā)出的平面波波前將被望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)換成完美的球面波波陣面從而成像。像的角分辨率只受到衍射的限制--我們可以稱之為衍射極限。

實(shí)際上大氣的影響和望遠(yuǎn)鏡的質(zhì)量問題都會(huì)扭曲球面波前，造成成像過程中的相位錯(cuò)誤。即使是在最好的觀測地點(diǎn)，地面上可見光波段望遠(yuǎn)鏡的角分辨率都無法超過10到20厘米口徑的望遠(yuǎn)鏡，這僅僅是因?yàn)榇髿馔牧鞯木壒省?duì)于一臺(tái)口徑四米的望遠(yuǎn)鏡來說，大氣湍流使其空間分辨率降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)（與衍射極限相比），同時(shí)星像中心的清晰度降低了100多倍。這源于大氣擾動(dòng)造成的波前在時(shí)間和空間的不穩(wěn)定--也是人類發(fā)送哈勃到太空進(jìn)行觀測的的最主要原因--避免大氣湍流的影響。此外，像質(zhì)的好壞也受到工業(yè)技術(shù)問題以及由機(jī)械、溫度和望遠(yuǎn)鏡光學(xué)效應(yīng)而引起的波前扭曲的影響。