为了克服大气湍流的干扰，为了能在地面看清星星的真容，上世纪50年代天文学家Horace Bobcock提出了一个方法：用一个传感器测量光束中的波前畸变，然后用一个可变形的光学元件对波前畸变进行补偿，恢复光束原本的波前，消除大气湍流影响，提高图像清晰度。这句话虽然读起来有些复杂，但关键词就这么几个：波前传感器、可变形光学元件、补偿。
先说专业名词：波前（wavefront），有时也被称为波面。个人认为叫波面更贴切，因为它描述的就是一个和光线传输方向垂直的一个曲面。理想平行光的波前是一个平面，点光源的波前是一个球面（类似于电场线和等势面之间的关系） ，产生畸变的波前，就是一个任意曲面。
因为大气折射率分布不均匀，所以光线穿过大气的时候，其波前就会产生畸变。因为有了波前畸变，所以图像就变得模糊；因为波前畸变在不停地发生变化，所以图像就模糊且抖动。
再回到Bobcock提出的方法：既然波前畸变是图像模糊和抖动的主要原因，那何不用一个元件产生反向的波前畸变，刚好和大气引起的畸变相互抵消？这样大气的干扰不就被消除掉了吗？多么巧妙的想法！赞一个！
但是，我怎么知道应该抵消多少？万一抵消过头了怎么办？
这就需要先用一个仪器（专业术语：波前传感器）测量大气引起的波前畸变，再通过可变形的光学元件（专业术语：波前校正器）来准确地补偿、校正、抵消这个畸变，从而达“1-1=0”的效果。而且，因为大气是在不停运动的，所以这个测量、抵消的过程还需要不停地循环，以达到动态校正的效果。这就是自适应光学（Adaptive Optics, AO）的核心思想：测量+控制+ 校正！厉害吧！
Bobcock的想法听起来很好，但是实现起来却很难！
为了满足“实时测量---控制---校正”的要求，自适应光学系统关键器件（如波前传感器、变形镜、控制系统等）需要达到很高的性能指标要求。但是，想想看：1947年人类才发明了第一个晶体管，第一台晶体管计算机直到50年代才被研制出来，大规模集成电路要到60年代才出现。在这个想法被提出的1950年代，要想完成实时、高速的波前测量、计算、校正这一系列神操作，谈何容易？
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因此，自适应光学最开始主要用在激光武器、天文观测等非常前沿、尖端的领域，不是一般人能玩得起的。直到后来，随着半导体、光电子行业的迅猛发展，各种高性能、相对廉价的器件出现了，这一技术才慢慢进入大家的视野，开始被更多人了解、接触、接受。
目前，自适应光学主要应用在这些领域：
1. 天文观测； 2. 激光光束整形； 3. 激光精细雕刻； 4. 人眼视网膜成像； 5. 生物医学； 6. 显微成像； 7. 无线激光通信； 8. 光刻； 9. 其他应用……
顺便插一句：自适应光学这个词虽然听着很陌生，但离我们并不遥远！因为我们每个人身上就有这么一套自适应光学系统！
在哪里？人眼！
人眼接收外界环境的光线，在视网膜成像。图像被送入大脑中，大脑实时地对图像进行处理，分析判断图像的清晰度，然后控制人眼的睫状肌收缩、调整晶状体变形，最后在视网膜呈现清晰的图像。整个就是一典型的“测量（视网膜成像）—控制（大脑分析并发送指令）—调整（睫状肌收缩+晶状体变形）”过程。
只不过这一切发生的太快、太过自然，所以你根本没有感觉到而已！
有没有觉得人体很神奇？有没有觉得自己很厉害？所以，要保护好自己的眼睛哈！
参考文献：
1.《自适应光学技术》，姜文汉，自然杂志，第28卷第1期，2006年。
2.《自适应光学》，周仁忠、阎吉祥、俞信、赵达尊、曹根瑞 编著，国防工业出版社，1996年.
3. OKO Guide to Adaptive Optics (4th Edition), G. Vdovin, O. Soloviev, M. Loktev, V. Patlan, Flexible Optical B. V., 2013. (http://www.okotech.com/)
4.《自适应光学及激光操控》，张雨东、饶长辉、李新阳著，国防工业出版社，2016年。
5.《自适应光学原理（第3版）》， (美)罗伯特·K.泰森(Robert K.Tyson) 著，马浩统、王三宏、许晓军等译，国防工业出版社，2017年。
6.《自适应光学技术在天文观测中的研究进展》，胡立发、刘超、穆全全、宣丽等，中国科学：物理学 力学 天文学，2017年08期。
（注：本文为本公司原创作品，目的在于让更多的人了解自适应光学。如转载请标明出处：灵动智能光学。）
地址：浙江省杭州市钱塘区6号大街452号高科技企业园3幢
先说专业名词：波前（wavefront），有时也被称为波面。个人认为叫波面更贴切，因为它描述的就是一个和光线传输方向垂直的一个曲面。理想平行光的波前是一个平面，点光源的波前是一个球面（类似于电场线和等势面之间的关系） ，产生畸变的波前，就是一个任意曲面。
因为大气折射率分布不均匀，所以光线穿过大气的时候，其波前就会产生畸变。因为有了波前畸变，所以图像就变得模糊；因为波前畸变在不停地发生变化，所以图像就模糊且抖动。
再回到Bobcock提出的方法：既然波前畸变是图像模糊和抖动的主要原因，那何不用一个元件产生反向的波前畸变，刚好和大气引起的畸变相互抵消？这样大气的干扰不就被消除掉了吗？多么巧妙的想法！赞一个！
但是，我怎么知道应该抵消多少？万一抵消过头了怎么办？
这就需要先用一个仪器（专业术语：波前传感器）测量大气引起的波前畸变，再通过可变形的光学元件（专业术语：波前校正器）来准确地补偿、校正、抵消这个畸变，从而达“1-1=0”的效果。而且，因为大气是在不停运动的，所以这个测量、抵消的过程还需要不停地循环，以达到动态校正的效果。这就是自适应光学（Adaptive Optics, AO）的核心思想：测量+控制+ 校正！厉害吧！
Bobcock的想法听起来很好，但是实现起来却很难！
为了满足“实时测量---控制---校正”的要求，自适应光学系统关键器件（如波前传感器、变形镜、控制系统等）需要达到很高的性能指标要求。但是，想想看：1947年人类才发明了第一个晶体管，第一台晶体管计算机直到50年代才被研制出来，大规模集成电路要到60年代才出现。在这个想法被提出的1950年代，要想完成实时、高速的波前测量、计算、校正这一系列神操作，谈何容易？
IMG_256因此，自适应光学最开始主要用在激光武器、天文观测等非常前沿、尖端的领域，不是一般人能玩得起的。直到后来，随着半导体、光电子行业的迅猛发展，各种高性能、相对廉价的器件出现了，这一技术才慢慢进入大家的视野，开始被更多人了解、接触、接受。
目前，自适应光学主要应用在这些领域：
1. 天文观测； 2. 激光光束整形； 3. 激光精细雕刻； 4. 人眼视网膜成像； 5. 生物医学； 6. 显微成像； 7. 无线激光通信； 8. 光刻； 9. 其他应用……
顺便插一句：自适应光学这个词虽然听着很陌生，但离我们并不遥远！因为我们每个人身上就有这么一套自适应光学系统！
在哪里？人眼！
人眼接收外界环境的光线，在视网膜成像。图像被送入大脑中，大脑实时地对图像进行处理，分析判断图像的清晰度，然后控制人眼的睫状肌收缩、调整晶状体变形，最后在视网膜呈现清晰的图像。整个就是一典型的“测量（视网膜成像）—控制（大脑分析并发送指令）—调整（睫状肌收缩+晶状体变形）”过程。
只不过这一切发生的太快、太过自然，所以你根本没有感觉到而已！
有没有觉得人体很神奇？有没有觉得自己很厉害？所以，要保护好自己的眼睛哈！
参考文献：
1.《自适应光学技术》，姜文汉，自然杂志，第28卷第1期，2006年。
2.《自适应光学》，周仁忠、阎吉祥、俞信、赵达尊、曹根瑞 编著，国防工业出版社，1996年.
3. OKO Guide to Adaptive Optics (4th Edition), G. Vdovin, O. Soloviev, M. Loktev, V. Patlan, Flexible Optical B. V., 2013. (http://www.okotech.com/)
4.《自适应光学及激光操控》，张雨东、饶长辉、李新阳著，国防工业出版社，2016年。
5.《自适应光学原理（第3版）》， (美)罗伯特·K.泰森(Robert K.Tyson) 著，马浩统、王三宏、许晓军等译，国防工业出版社，2017年。
6.《自适应光学技术在天文观测中的研究进展》，胡立发、刘超、穆全全、宣丽等，中国科学：物理学 力学 天文学，2017年08期。
（注：本文为本公司原创作品，目的在于让更多的人了解自适应光学。如转载请标明出处：灵动智能光学。）
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