下载文档原格式
浅谈自适应光学在眼科医疗中的应用摘要：自适应光学所指的是应用波前传感技术对人眼波前相差进行实时测量的方法，具有高效、可靠的特点。
利用自适应光学得到的波前像差数据进行个体化的眼科疾病治疗能够在很大程度上减少屈光系统高阶像差的发生，从而改善眼睛的成像质量与视觉灵敏度，本文就自适应光学在眼科医疗中的应用情况予以综述。
关键词：自适应光学；眼科疾病；临床治疗传统的人眼眼底成像技术难以克服自身像差对于成像结果造成的影响，因此最终也难以获得视网膜高分辨率的图像。
而应用自适应光学矫正能够随时进行像差变化，获得接近人眼的、高分辨率的视觉细胞图像【1】。
自适应光学的应用对于视觉领域和眼科医学领域的发展起到了重要作用，提供前所未有的观测手段。
经过了数十年发展，自适应光学的技术越来越成熟，其应用领域也从天文望远镜逐渐扩展到眼科医学以及民用领域。
本文分析自适应光学系统在眼科医疗中的实际应用，现综述如下。
10、自适应光学系统概述自适应光学系统所指的是以光学波前作为对象的自动控制系统，利用实时测量、控制和矫正技术，使系统具有更好的适应外界条件变化及保持稳定的工作状态的能力。
自适应光学系统的工作建立在波前补偿与相位共轭的基础上，典型的自适应光学系统的组成部分有波前校正器、波前探测器以及波前控制器共同构成。
11、自适应光学在眼科医疗中的应用随着技术的发展，自适应光学逐渐从天文学以及大气光学领域中向其他学科及领域转移，眼科医学以及其他民用医学中都能够看到其身影。
2.1自适应光学视网膜细胞成像系统世界上首套人眼观察自适应光学系统在上个世纪末得以建立，并通过该系统观测到活体人眼视网膜细胞。
这一研究的实践为眼科研究疾病早期变化以及发病机制等提供了崭新的技术手段，共为疾病的早期诊断提供了更多的可能。
但是这套系统的体积非常庞大，如何缩小系统的体积使之应用在临床上是需要探讨的重要问题。
2000年，我国科学院技术人员研究得到了国内第一套人眼视网膜高分辨率观察自适应光学系统【2】，并通过该系统得到高分辨率的眼底微血管图像。
自适应光学技术（Adaptive Optics Technology）是一种用于校正和补偿光学系统中的波前畸变的技术。
它可以提高光学系统的分辨率和成像质量，并在大气湍流、光学元件缺陷等影响下实现更精确的光学成像和测量。
自适应光学技术主要包括以下几个关键步骤：
波前测量：通过使用传感器或探测器，测量出来自目标物体的光波在经过光学系统之前受到的畸变和扭曲。
这可以通过测量光波的相位或强度分布来实现。
畸变补偿：根据测量到的波前畸变信息，计算出用于补偿畸变的补偿器件或补偿信号。
常用的补偿器件包括电极驱动的变形镜、液晶空间光调制器等。
实时控制：利用计算机或实时控制系统，根据测量到的波前信息和补偿算法，控制补偿器件的形状或调节信号，实现实时的波前畸变补偿。
自适应光学技术主要应用于天文观测、激光通信、光学成像、激光加工等领域。
在天文观测中，自适应光学技术可以有效抵消大气湍流引起的光学畸变，提高望远镜的分辨率和图像清晰度。
在激光通信和激光加工中，它可以实现精确的光束控制和调节，提高通信传输质量和加工精度。
总体而言，自适应光学技术通过实时测量和补偿光学系统中的波前畸变，使光学系统能够适应和校正外部环境的扰动，从而提高光学系统的性能和稳定性。
光学成像技术中的自适应光学系统研究第一章引言自适应光学系统是一种利用反馈信号进行补偿的光学成像技术，可以在光学成像的过程中实现波前畸变的实时补偿，以提高图像的分辨率和对比度。
近年来，自适应光学系统得到了广泛的关注和研究，不仅在军事、航天等领域有着重要应用，同时在医学成像、天体成像等领域也有着广泛的应用。
本文将从自适应光学系统的基本原理和应用展开，对自适应光学系统的研究进展进行一定的梳理和总结，以期为自适应光学系统的进一步发展提供一定的借鉴和参考。
第二章自适应光学系统的基本原理自适应光学系统是一种光学成像系统，其主要特点是利用反馈信号对波前畸变进行实时补偿。
自适应光学系统的基本原理如下：(1) 构造波前传感器，获取反馈信号波前传感器能够读取由透镜引起的波前畸变。
常见的波前传感器有薄膜波前传感器、晶体波前传感器、 Shack-Hartmann 波前传感器等。
(2) 通过控制器从反馈信号中计算出畸变函数利用反馈信号信息计算出波前畸变的形状。
(3) 利用补偿装置进行实时补偿补偿装置能够根据畸变函数对透镜的相位进行调整，以实现波前畸变的实时补偿。
(4) 实现高分辨率成像经过波前畸变补偿后的光学成像系统能够实现高分辨率成像。
第三章自适应光学系统的应用自适应光学系统的应用范围非常广泛，下面从军事、航天、医学、天体等领域进行详细介绍。
(1) 军事领域自适应光学系统在军事领域有着广泛的应用，主要包括制导、侦察及打击等领域。
例如，自适应光学制导系统可以大大提高导弹的命中率，自适应光学侦察系统可以在恶劣气候条件下进行高清晰度成像。
(2) 航天领域在航天探测中，自适应光学系统可以大大提高成像质量和高分辨率成像能力。
例如，自适应光学系统已成功应用于汉光一号卫星、哈勃望远镜等系列空间探测器中。
(3) 医学领域自适应光学成像技术在医学领域有着重要应用，能够实现对人体内部器官组织的高清晰度成像。
例如，自适应光学系统已广泛应用于眼科、心肺外科、神经外科等领域。
AO系统操作指南AO系统，即Adaptive Optics（自适应光学）系统，是一种用来对抗大气湍流所引起的光学图像失真的技术。
它被广泛应用于天文学、激光通信以及医学成像等领域。
本文将提供一个详细的AO系统操作指南，以帮助用户更好地理解和使用该系统。
1.AO系统简介AO系统主要由两部分组成：波前传感器（Wavefront Sensor）和校正系统（Correction System）。
波前传感器用于检测到来光波前的畸变，而校正系统则根据传感器的反馈信息来实时调整光学元件，以消除畸变。
2.AO系统操作前准备在使用AO系统之前，需要先进行一些准备工作。
首先，确保系统处于稳定状态，将其中涉及的光学元件进行校准和调试。
此外，还需根据实际需求配置相应的参数和设置。
3.波前传感器操作波前传感器的主要任务是检测光波的畸变情况，并将结果反馈给校正系统。
其操作主要包括以下几个步骤：3.1.对齐波前传感器在操作之前，需要保证波前传感器与光源之间的光路处于准确对齐状态。
对齐主要包括纵向对齐和横向对齐两个方向的调整。
调整完毕后，使用针孔板或其他适当的方法进行验证。
3.2.获取波前畸变信息确保波前传感器与待测对象之间的光路相通后，开始获取波前的畸变信息。
通过激发光源，记录光波前传感器上的图像，并转换为波前相位误差的信息。
3.3.反馈校正信息将波前畸变信息传输给校正系统。
通常，波前畸变信息被处理成Zernike模态系数的形式，并通过协议传输到校正系统。
4.校正系统操作校正系统的主要任务是根据波前传感器的反馈信息来进行实时的光学校正。
其操作主要包括以下几个步骤：4.1.解算校正信息校正系统接收到波前传感器传来的畸变信息后，需要进行解算。
解算的目的是根据畸变信息确定如何调整光学元件，以最小化波前畸变。
4.2.实时调整光学元件根据解算出的校正信息，实时调整光学系统中的元件。
这些元件可以是变形镜、液晶调制器或偏振转换器等，用于调整波前的形状和相位，以消除光学畸变。
自适应光学的原理及应用前言自适应光学（Adaptive Optics，简称AO）是一种基于非线性的光学技术，主要用于校正光学系统中由大气湍流引起的像差。
它通过实时监测大气湍流的变化，并根据反馈控制系统对光学器件进行动态调整，从而实现高分辨率成像、激光束整形等应用。
本文将介绍自适应光学的原理及其在天文观测、激光传输、生物医学等领域的应用。
原理自适应光学的原理基于两个关键技术：波前传感器和变形反馈控制系统。
波前传感器波前传感器用于实时测量入射光的波前畸变。
它通过使用一个探测器阵列来捕获像差引起的波前畸变，然后将这些数据传送给反馈控制系统。
常见的波前传感器包括剪切方式波前传感器（Shack-Hartmann）、相位股道（Phase Retrieval）等。
变形反馈控制系统变形反馈控制系统是自适应光学中的关键部分，它通过控制光学器件的形状和位置，实时校正波前畸变。
这一过程可以通过电子控制系统来实现，其中通过接收波前传感器传送的数据，计算出控制信号，进而调整光学器件的形状和位置。
应用自适应光学在许多领域都有着广泛的应用。
以下列举了其中一些重要的应用领域。
天文观测由于大气湍流的存在，地面天文望远镜在进行观测时会受到像差的影响，限制了其分辨率。
自适应光学技术的应用可以实时校正大气湍流引起的像差，提高望远镜的分辨率。
自适应光学天文望远镜已经取得了许多突破性成果，如观测到更加清晰的星系和行星表面。
激光传输在激光传输中，大气湍流会引起激光束的畸变，导致光束发散和功率损失。
自适应光学技术可以通过实时校正激光束的波前畸变，使其尽可能维持为平面波，从而提高激光传输的效率和质量。
这对于激光雷达、激光通信等应用具有重要意义。
生物医学成像在生物医学成像中，自适应光学技术可以实时校正光学成像系统中由组织散射引起的像差，提高成像的分辨率和对比度。
该技术已经成功应用于近红外成像、眼科成像等领域，为医学诊断提供了更清晰的图像。
激光器材加工自适应光学技术还可应用于激光加工中。
自适应光学系统中的波前控制技术研究第一章绪论自适应光学系统是一种应用于望远镜和激光技术中的现代光学系统。
该系统通过实时监测和校正大气扰动引起的波前畸变，能够提高光学系统的分辨率和成像质量。
而波前控制技术则是自适应光学系统中最重要的技术之一。
本文将对自适应光学系统中的波前控制技术进行研究和探讨。
第二章波前控制基础理论波前控制技术是基于光学波前的概念而发展起来的技术。
光学波前是指一个光波的传播过程中在各个位置的相位状态。
对于光学波前的分析需要用到波前传播理论。
波前传播理论是一种描述波的传播过程的数学模型。
在自适应光学系统中，我们需要对波前畸变进行精确的控制。
因此，我们需要使用适当的波前控制方法来校正波前畸变。
第三章波前控制方法目前广泛使用的波前控制方法包括自适应光学、相位调制和模拟方法。
自适应光学方法是一种利用传感器探测波前，通过变形镜改变光束相位的方法。
相位调制方法是一种在光路中加入一个可变相位的光学元件，来控制波前的传播路径和相位分布。
模拟方法是一种利用计算机模拟波前传播过程的方法，通过计算模拟波前畸变，并预测其传播过程，最终校正波前畸变。
第四章自适应光学系统中的波前控制方法自适应光学系统中的波前控制方法是一种实时控制波前畸变的方法。
该系统采用反馈控制机制，通过实时检测波前畸变，自动调节变形镜来产生逆相位，以抵消光学系统中的波前畸变。
该方法可以大大提高望远镜的分辨率和成像质量。
第五章波前控制技术在激光技术中的应用自适应光学系统中的波前控制技术也广泛应用于激光技术中。
该技术可以消除大气扰动，提高激光束质量，并提高激光功率密度。
激光波前控制技术可以应用于多种领域，包括通信、制造和军事等领域。
第六章结论波前控制技术是自适应光学系统中最重要的技术之一。
该技术可以校正光学系统中的波前畸变，提高望远镜的分辨率和成像质量，同时也可以应用于激光技术中。
未来，随着科学技术的不断发展，波前控制技术将得到更广泛的应用。
自适应光学仪器的设计原理自适应光学（Adaptive Optics, AO）是一种先进的技术，用于补偿和校正由于大气湍流或其他因素造成的波前畸变，从而提高光学系统的成像质量。
这项技术广泛应用于天文观测、医学成像、激光通信和激光武器等领域。
本文将介绍自适应光学仪器的设计原理。
1. 光学系统的工作原理光学系统主要由光源、透镜、反射镜、分束器、探测器等组成。
光学系统的工作原理是利用光源发出的光经过透镜、反射镜等光学元件的传输、聚焦、成像，最终被探测器接收并转化为电信号，以便进行图像重建或数据传输。
2. 自适应光学的基本原理自适应光学的基本原理是通过测量和补偿波前畸变，使光学系统输出的图像质量达到最优。
波前畸变是由于光学系统中的各种因素（如大气湍流、光学元件的加工误差、热变形等）导致的。
自适应光学系统通过实时测量波前畸变，然后采用特定的算法对光学系统中的元件进行调整，从而补偿波前畸变，提高成像质量。
3. 自适应光学仪器的设计要素自适应光学仪器的设计主要包括以下几个要素：（1）波前传感器：用于测量波前畸变的装置。
常用的波前传感器有夏克-哈特曼波前传感器、液晶光调制器等。
（2）控制器：根据波前传感器的测量结果，对光学系统中的元件进行调整，以补偿波前畸变。
控制器通常采用数字信号处理器（DSP）或FPGA等硬件实现。
（3）光学元件：用于校正波前畸变的装置。
常用的光学元件有变形镜、反射镜等。
（4）激光器或光源：提供稳定的光源，用于产生待测波前。
（5）图像探测器：用于接收补偿后的图像，评估成像质量。
4. 自适应光学仪器的设计流程自适应光学仪器的设计流程主要包括以下几个步骤：（1）确定光学系统的应用场景和性能指标：如视场角、分辨率、成像质量等。
（2）分析光学系统中的波前畸变来源：如大气湍流、光学元件的加工误差等。
（3）选择合适的波前传感器、控制器和光学元件。
（4）搭建实验系统，进行波前测量和补偿实验。
（5）优化系统参数，提高成像质量。
自适应光学系统在激光雷达中的应用研究摘要：随着激光雷达技术的快速发展，自适应光学系统在激光雷达中的应用日益受到重视。
本文综述了自适应光学系统的基本原理和激光雷达的基本概念，探讨了自适应光学系统在激光雷达中的主要应用领域，并分析了目前存在的问题和挑战。
最后，对未来自适应光学系统在激光雷达中的发展趋势进行了展望。
一、引言激光雷达是一种重要的远程测距和目标探测技术，已广泛应用于军事、航天、气象和地质领域等。
然而，由于大气湍流、雨雾等因素的影响，激光束在传播过程中会产生衍射、散射和色散等现象，导致激光雷达的精度下降。
自适应光学系统作为一种有效的校正手段，可以在大气湍流等复杂环境中实时优化光学系统参数，提高激光雷达的性能。
二、自适应光学系统的基本原理自适应光学系统利用波前传感器捕获入射光波前信息，并通过控制器调整相应的变形镜，从而实现对光波前的实时校正。
自适应光学系统的主要组成包括主光学装置、波前传感器和控制器。
主光学装置用于收集和聚焦光，波前传感器用于测量入射光波前的相位畸变，控制器则通过调整变形镜的形状来补偿相位畸变，实现光波前的校正。
三、自适应光学系统在激光雷达中的应用领域1. 目标识别和跟踪自适应光学系统可以校正大气湍流引起的光学系统畸变，提高激光雷达对目标的识别和跟踪能力。
它可以通过实时校正光波前的相位和幅度畸变，减少或消除大气层对光传播造成的影响，使激光雷达能够更准确地感知和追踪目标。
2. 光通信自适应光学系统可以实时校正大气湍流引起的相位畸变，提高光通信系统的传输速率和可靠性。
它通过调整入射光波前的相位，使其在传播过程中保持稳定，减少传输损耗和误码率，提高通信质量和可靠性。
3. 靶标照明自适应光学系统可以优化激光雷达的照明效果，提高探测和照射的精度。
它可以根据大气湍流和目标的实时变化，调整激光束的形状和焦距，使光能集中在目标上，提高靶标的亮度和对比度。
4. 星点成像自适应光学系统可以纠正大气湍流引起的像差，提高星点成像的分辨率和清晰度。
光学测试技术中的自适应光学研究1.概述自适应光学技术是在光学仪器和设备中广泛应用的一种新型光学测试技术。
它基于光波前调节技术，将一个实时的光学系统和控制系统结合起来，能够根据任意不规则形状的光波前实现光学成像。
自适应光学技术可以用于望远镜、激光测距仪、激光核聚变实验等领域，具有丰富的物理学、光学学、信息学和计算机科学等学科背景。
下面将分别从自适应光学技术的原理、研究方法、应用领域和未来发展等方面进行阐述。
2.自适应光学技术的原理自适应光学技术最根本的原理是：通过光学元件和控制系统，实时调节光波前的相位、形状和幅度，以此减少光线传输过程中的畸变和像差，从而实现对物体高清晰度的成像。
一般来说，自适应光学技术有两个关键步骤：第一步是记录探测位于物体后面的参考光波前，第二步是对探测到的参考光波前进行分析处理，并通过反馈控制系统实时地调节薄膜形状或晶格变化来实现对物体信号的优化。
自适应光学技术最重要的创新之处在于，它可以用反馈控制系统实时调节光学系统的操作参数，以快速响应和应对随机环境的多种变化，从而实现高质量、高稳定性的光学成像。
3. 自适应光学技术的研究方法在自适应光学技术的研究中，主要有两种方法：基于单薄膜自适应光学技术和基于多薄膜自适应光学技术。
第一种方法采用单个反射或透过薄膜，将被测物体与参考光波前合并，对通过的光进行冷却处理，并加入位移测量元件，最后进行图像重建，以获得更加清晰、高分辨率的图像。
第二种方法则是同时采用多个反射和透过薄膜，形成多通道自适应光学系统，利用多薄膜间的反应耦合，进行更加精确、更加准确的光学测试。
多通道自适应光学系统需要精密调谐，利用反馈控制系统同步调整多路光线的波前形状，以最大程度地提高图像分辨率和信噪比。
4. 自适应光学技术的应用领域目前，自适应光学技术已经被广泛应用于不同的领域，如天文观测、医学成像、工业制造、环境监测、军事侦察等多个领域。
举例来说，在天文观测领域，自适应光学技术被应用于望远镜，可根据大气折射率的不断变化，及时补偿大气波前畸变，大幅提升天文观测的清晰度。
战术激光武器中的自适应光学技术第27卷V o1.27第12期No.12文章编号:1007—1180(2010)12-0033-05战术激光武器中的自适应光学技术邵俊峰.张强(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033)摘要:为了改善高能激光大气传输性能,采用自适应光学系统对发射的高能激光束进行校正.本文论述了大气传输对高能激光的影响,讨论了用于战术激光武器的自适应光学系统的组成,并讨论了其主要性能参数.关键词:战术激光武器;自适应光学;激光主动照明中图分类号:TJ95:0439文献标识码:ADOl:10.3788/0MEI20102712.0033AdaptiveOpticsinTacticalHigh-energyLaserWeaponsSHAOJun-~ng,ZHANGQiang(ChangchunInstituteofoptics,FineMechanicsandics,ChineseAcademyofSciences,Chan gchun130033,China)Abstract:Adaptiveopticsisappliedintacticalhigh-energylaser(HEL)weaponsforimprove mentoflaseratmo—sphericpropagation.Theinfluenceofatmosphericpropagationonhigh-energylaserisdescri bed,andthespecific componentsofadaptiveopticsinHELweaponsisdiscussedindetail,especiallyonseveralke yparameters.Keywords:tacticalhigh-energylaserweapon;adaptiveoptics;activelaserillumination美国军方推动陆基战术高能激光武器(Tactical highenergylaser,THEL)和空基高能激光武器(Air- bornelaser,ABL)的研制,大大推进了激光武器实用化的进程.THEL采用波段3.8/zm的DF激光器,功率为400kW,光束定向器的口径为0.7m,作战距离5km.主要作战用途是战术防御.ABUl采用1.315/xm 的COIL激光器,功率为2—3MW,光束定向器的口径为1.5m,作战距离400km,在国家反导系统的框wwwD.oec.mei2nOfloO.comLI一33Dec.2OlOL—第27卷V o1.27No.12架下用于弹道导弹上升段的拦截.在发展战术激光武器的研究中发现,战术激光武器存在一系列技术难题.其中高功率激光大气传输是一个重要问题,需要采取一定技术途径对大气传输进行补偿.如图1所示,典型高能激光武器系统除了光束定向,远场聚焦外,还需要自适应光学系统对发射的HEL进行波前修正.下面先讨论大气传输对高功率激光传输特性的影响,然后讨论用于高能激光武器的自适应光学系统组成,并讨论在不同大气条件下,对自适应光学组成部分的具体需求.图1典型高能激光武器系统2大气对高功率激光传输特性的影响衍射与大气无关,即使在真空条件下仍然存在,是激光通过有限口径传输的必然结果,但作为激光大气传输的关键参数,这里简要介绍.远场衍射极限为1.22MD,为了提高远场距角能力,一般需要较小的波长.早期激光武器的雏形如美国空军激光实验室ALL就使用CO激光,其波段为10.6/xm,相同发射15径条件下.聚焦能力仅为COIL(波段1315/xm) 的1/64.发射口径是另一重要因素,只有较大的发射151径才能使衍射角较小.例如,美国地基反卫激光武器GBL的口径设计为3.5m,就是为了缩小几百公里外的光束聚焦半径.较大发射121径的主要问题—34—|www.,.om.ei'nvf.ou.com是大气湍流问题.下文将详细讨论大气湍流造成的影响.大气湍流影响主要通过C:来表示翻.主要物理概念包括Fried相干长度F0,准直平面角,闪烁指数以及湍流频率.一17.0一l6.5-16.0—15.5—15.0—14.5—14.0Logl0图2大气湍流强度与高度的关系Fried相干长度rn是描述大气波前畸变范围的物理量.ro越大,表示大气湍流影响越小.在地表情况下.也就是地基激光武器应用场景中,F0约为1—10era; 在ABL应用场景中,ro约为0.1～1m.可见,在地面条件下,大气波前畸变要比空基应用严重得多.相干长度rn是一个非常重要的物理量,一旦战术激光武器的发射口径大于该值,在没有自适应光学的补偿条件下,波前畸变将严重影响光束传输.同时,在自适应光学的波前传感器设计中,孔径阵列的El径应该为rn量级,由此测得的波前畸变才能达到要求的精度.[(孚)』-3/5(1)准直平面角是描述具有一定发散角的激光在大气中传输时,光束中的各部分可视为经历相同路径的物理量,巩指所能允许的最大激光发散角.这个概念比较复杂.主要应用于自适应光学信标光.由于大气的影响,信标激光的发散角若过大,其经历的大气路径将不同,回波信号用于修正波前将无效.显然,是距离和大气湍流强度的函数.在一定的大气湍流条件下,距离越远,将越小,对信标光的发散角要求将越高.若0o<MD,自适应光学系统将无法第27卷V o1.27第l2期No.12用于修正大气.『2.9os(孚)』躬出]瑚(2)湍流频率尼是描述大气湍流频率的物理量.在目标较近,目标运动速度较慢时,.约为100Hz;在目标较远,目标运动速度较快时,尼约为1000Hz. [0.102(孚)f嘲3/5(3)闪烁指数or是描述湍流造成的能量损失的物理量.ABL系统应用环境下,闪烁指数约为0.1—0.5,其正比于大气湍流强度..561kTMf(1一争)(4)大气散射与波长有关,波长越长,散射越弱.大气吸收特性与分子的电子能级,振转能级有关.大气吸收表现出来的最主要的特点是热晕现象(Thermalblooming),热晕现象是高功率激光大气传播特有的现象.热晕现象是非线性过程,对于高功率激光产生的结果相当严重,存在临界功率,一旦大于该值,到靶功率密度将不能继续提高,反而会下降.风速将影响热晕.下图是利用THEL理论计算的结果,当风速大时,热晕现象明显降低圈:薯言暑兰Powet{图3功率密度与发射功率,风速的关系OxlO53用于战术激光武器的自适应光学系统3.1自适应光学技术的发展在自适应光学技术发展之前,即使再大El径的宇宙观测光学系统也无法实现高分辨率的成像.导致星星闪烁,远处目标晦暗不清的大气湍流在望远镜发明之初就困扰着天文学界.1704年,牛顿写道:"唯一的补救措施就是最安静的空气,或许是在云层之上的山顶才行".直到上世纪中期,自适应光学技术才逐步发展起来.雷达工程师最先提出使用破碎的波前拼合整体的波前.在上世纪50年代,雷达方面的专家实现了波前重整.并且用来跟踪运动物体.自适应光学技术借鉴雷达相类似的技术.1953年, HoraceW.Babcock第一个提出使用电子束控制的薄膜实现光学谱段波前补偿技术,但当时技术不成熟.直到上世纪70年代美国军方开始关注,自适应光学才有了突飞猛进的发展[41.当时的需求主要来源于冷战时期的两个重要任务:一是苏联的军事卫星大量发射,美国需要对这些卫星进行识别成像,这也室当时发展的主要动力;另外一个因素就是战术激光武器研制的需求.直到1983年,飞利浦实验是的Robe~Q. Fugate才实现了激光导星的实验验证SWA T(Shoa wavelengthadaptivetechniques).实际上,激光导星技术发展是战术激光武器中自适应光学应用的前提. 战术激光武器中需要导星来测量战术激光武器与目标之间的大气湍流,导星须为一个点目标.靶标和尾焰均为面目标,不能作为导星.但是,可以使用主动照明的激光人为制造出一个导星.在战术激光武器系统中,这个导星一般称为BILL(BeaconILLumination laser),为了区分导弹和尾焰,还需其他波段的激光照明整个弹体,一般称为TILL(TrackingILLumina. tionlaser),这里不再详细介绍.3.2战术激光武器中的自适应光学系统组成从上节论述已知.大气湍流和热晕对高功率激光远场聚焦的性能产生了严重的影响.采用大气补偿技术能够部分克服大气影响.自适应光学系统利用相位共轭的原理抵消大气湍流的影响.相位共轭原理如图4所示.自适应光学系统主要包括导星(BILL),波前传感器(Wavefrontsensor),微机(用于波前重构算法)以及触动器(Actuators)和变形镜(De—formblemirrors)等主要部分.wwwD.oecm.ei2nOf1oO.coml|一35Dec.2O1Ol—第27卷第12期V o1.27No.12 IncomingwavefrontAberrated WavefrontAberratorwavefrontSensor 一;一{Outgoingwavefront PredistortedDeformable WavefrontAberratorwavefrontmilTor 一一;一;图4相位共轭导星BILL用来测量波前信息的激光主动照明光源.为了提高成像质量,降低大气闪烁造成的影响,采用多光束主动照明,图5为多光束激光主动照明提高探测信噪比的示意图.从上节讨论可知.BILL的发散角需<0o,在ABL系统中,og(a/o)在1.2～0.5 之间【5I,上限对应弱湍流情况,下限对应强湍流情况. 前文已经叙述过,若该比值<l,自适应光学将无效, 这也是ABL(作用距离达几百公里)难于实现的重要原因波前传感器有很多种,这里以哈特曼传感器为例介绍波前畸变的测量.哈特曼传感器实际测得波前的导数,通过波前重构算法可以求得波前.前文已经讨论,大气相干长度为FO,则微孔经口径约为r0,从而得到微孔径阵列的个数约为(D/ro).波前重构算法,触动器控制电压的计算均可在微机实现.详见姜文汉的讨论同变形镜需要能够承受较高功率密度,其个数与参考文献TNine—beamilluminatorfortrackingBeamfootprintatta唱etFour—beamilluminatorforadaptiveoptics图5激光主动照明信标光微孔径阵列的个数相当,约1010.个.高功率变形镜工艺是区别高功率激光武器系统和成像系统的主要特点其主要制作材料包括bimorph和膜结构等若干种类.美国林肯实验室还对液晶空间光调制器进行了高功率激光控制方面的实验研究.4总结通过研究发现.自适应光学在战术激光应用中并不是万能的.一方面,当距离较远时,大气影响将更加严重,以至于Od(A/D)远小于1,导致自适应光学无效;另一方面,当功率较高,风速较小时,非线性的热晕使得相位共轭效果很差.这时,采用最优化焦距控制等技术具有明显的优势网.本文讨论了大气对高功率激光传输的严重影响,探讨了用于战术激光武器的自适应光学系统的组成,并探讨了其组成结构的关键参数,对发展战术激光武器具有一定参考意义.[1】LambersonS.Theairbornelaser[J1.SPIE,2702:208—213.【2】PerramGP,MarciniakMA,GodaM,eta1.Highenergylaserweapons:technologyoverview[ J].SPIE,2004,5414:0277—786X:1—25.【3】WallJE,III.AdaptiveOpticsforI4ighErtergyLaserSystems[D].MasterofScienceDegreeth esis.MassachusettsInstituteofTechnology,1994,Chap.5:69-84.f4】HardyJW.Adaptiveoptics:technologydevelopedduringthecoldwarisgivingnewcapabiliti estoground—based—36—1www.,.om.einvf..ou.com第27卷第12期函卷鸯备盍备__—__l:Z:■—●■皿豳匝圆圆曩●■■astronmicaltelescope[J].ScientificAmerwan.1994:40—45.[5]HiggsC,BarclayHT,MushyDV,eta1.Atomosphericcompensationandtrackingusingac tiveillumination[J].LincolnLaboratoryJournal,1994,11(1):5-26.【6】鲜浩,李华贵,姜文汉,等.用Hartmann—shack传感器测量激光束的波前相位【JJ.光电工程,1995,22(2):38-45.作者简介:邵俊峰(1984一),男,汉族,硕士,2009年于复旦大学获得硕士学位,主要从事光电对抗应用相关的研究.E-mail:*************************372010。
