АДАПТИВНАЯ ОПТИКА

Адаптивная оптика - Адаптивная оптика - раздел оптики, занимающийся разработкой оптических систем с динамическим управлением формой волнового фронта для компенсации случайных возмущений и повышения предела разрешения наблюдательных приборов, степени концентрации излучения на приемнике или мишени и т. п. Адаптивная оптика начала интенсивно развиваться в 1950-е гг. в связи с задачей компенсации искажений фронта, вызванных атмосферной турбулентностью и накладывающих основное ограничение на разрешающую способность наземных телескопов. Позднее к этому добавились проблемы создания орбитальных телескопов и мощных лазерных излучателей, подверженных другим видам помех. Адаптивные оптические системы классифицируются по порядку волновых аберраций (см. Аберрации оптических систем), которые они способны компенсировать (т. е. по степени полинома, в виде которого 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 отдельных оптических 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 которых управляют либо созданием изгибающих моментов внутри самого зеркала, либо действием сил со стороны несущей конструкции. Часто используются небольшие деформируемые зеркала с пьезоэлектрическими приводами, устанавливаемые на участках оптической системы с умеренными размерами сечения светового пучка (неподалеку от фокальной плоскости объектива телескопа и т. п.). Информацию о необходимом воздействии на волновой фронт получают методом пробных возмущений либо непосредственным измерением формы фронта. Оба эти способа применяются при создании как приемных, 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 которые ответственны разные виды фазовых искажений, разделяют либо по частоте (т. н. многовибраторный метод), либо по времени (т. н. многоступенчатый или последовательный метод). В первом случае возбуждаются малые гармонические колебания различных участков зеркала (либо колебательные моды зеркала в целом) с различными частотами; спектральный анализ результирующего сигнала позволяет установить величину и направление необходимых для оптимизации системы изменений формы фронта. Во втором случае возбуждение колебаний отдельных 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 основного оптического тракта в определенной степени компенсируется применением лишь одного некогерентного приемника излучения. Прямое измерение формы волнового фронта. Для него разработаны самые разнообразные и порой весьма оригинальные способы (главным образом интерферометрические), обычно применяемые в сочетании с методом компенсации волнового фронта (для приемных 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 сферической формы (утраченной им вследствие влияния турбулентности атмосферы и аберраций объектива телескопа). В методе фазового сопряжения волновому фронту излучения, испускаемого мощным источником, придается форма, сопряженная но фазе с фронтом опорного излучения, рассеянного мишенью и пришедшего к источнику (рис.; для предварительного освещения мишени с целью получения опорного излучения может использоваться как основной, так и вспомогательный источник). Т. о., на излучаемую волну заранее накладываются такие искажения, что последующие искажения на пути ее распространения оказываются скомпенсированными; этим достигается максимальная концентрация излучения на мишени. Нередко к адаптивной оптике относят также область лазерной техники, связанную с применением фазово-сопряженных волн для автокомпенсации искажений волнового фронта в мощных лазерных усилителях. В некоторых случаях удается непосредственное преобразование опорной волны в сопряженную с помощью методов нелинейной оптики и голографии (см. Обращение волнового фронта).