АДАПТИ́ВНАЯ О́ПТИКА

Типичная схема действия адаптивной системы: 1 – наблюдаемый объект; 2 – искажающая среда; 3 – телескоп; 4 – линзы; 5 – корректор волнового фронта (гибкое зеркало); 6 – светоделитель; 7 – датчик волнов...

АДАПТИ́ВНАЯ О́ПТИКА, раз­дел оп­ти­ки, за­ни­маю­щий­ся раз­ра­бот­кой ме­то­дов и средств управ­ле­ния фор­мой вол­но­во­го фрон­та (ВФ) с це­лью уст­ра­не­ния ис­ка­же­ний (абер­ра­ций), воз­ни­каю­щих при рас­про­стра­не­нии све­то­во­го пуч­ка в оп­ти­че­ски не­од­но­род­ной сре­де (напр., тур­бу­лент­ной ат­мо­сфе­ре) или из-за не­со­вер­шен­ст­ва эле­мен­тов оп­тич. сис­те­мы. Цель адап­тив­ной кор­рек­ции – по­вы­ше­ние раз­ре­шаю­щей спо­соб­но­сти оп­тич. при­бо­ров, по­вы­ше­ние кон­цен­тра­ции из­лу­че­ния на при­ём­ни­ке, дос­ти­же­ние мак­си­маль­но ост­рой фо­ку­си­ров­ки све­то­во­го пуч­ка на ми­ше­ни или по­лу­че­ние за­дан­но­го рас­пре­де­ле­ния ин­тен­сив­но­сти из­лу­че­ния. Воз­мож­но­сти при­ме­не­ния ак­тив­ных ме­то­дов в оп­ти­ке ста­ли об­су­ж­дать­ся с нач. 1950-х гг. в свя­зи с про­блемой по­вы­шения раз­ре­шаю­щей спо­соб­но­сти на­зем­ных те­ле­ско­пов, од­на­ко ин­тен­сив­ное раз­ви­тие А. о. на­ча­лось по­сле соз­да­ния дос­та­точ­но эф­фек­тив­ных кор­рек­то­ров (управ­ляе­мых зер­кал) и из­ме­ри­те­лей (дат­чи­ков) ВФ. Про­стей­шая адап­тив­ная сис­те­ма со­дер­жит од­но плос­кое зер­ка­ло, на­клон ко­то­ро­го мож­но из­ме­нять, что по­зво­ля­ет уст­ра­нить «дро­жа­ние» изо­бра­же­ния при на­блю­де­нии сквозь тур­бу­лент­ную ат­мо­сфе­ру. В бо­лее слож­ных сис­те­мах ис­поль­зу­ют­ся кор­рек­то­ры с боль­шим чис­лом сте­пе­ней сво­бо­ды, по­зво­ляю­щие ком­пен­си­ро­вать абер­ра­ции выс­ших по­ряд­ков. Ти­пич­ная схе­ма ор­га­ни­за­ции управ­ле­ния в адап­тив­ной сис­те­ме (рис.) по­строе­на по прин­ци­пу об­рат­ной свя­зи. Часть све­то­во­го по­то­ка по­сле кор­рек­то­ра от­ветв­ля­ет­ся и по­сту­па­ет на дат­чик ВФ, где из­ме­ря­ют­ся ос­та­точ­ные абер­ра­ции. Эта ин­фор­ма­ция ис­поль­зу­ет­ся для фор­ми­ро­ва­ния сиг­налов в бло­ке управ­ле­ния, воз­дей­ст­вующих на кор­рек­тор и умень­шаю­щих ос­та­точ­ные абер­ра­ции. Они ста­но­вят­ся ми­ни­маль­ны­ми, ка­че­ст­во изо­бра­же­ния улуч­ша­ет­ся.

Су­ще­ст­ву­ют сис­те­мы, не тре­бую­щие ис­поль­зо­ва­ния дат­чи­ков ВФ. В этом слу­чае ми­ни­ми­за­ция ис­ка­же­ний про­водит­ся пу­тём пред­на­ме­рен­но­го вне­се­ния в ВФ проб­ных воз­му­ще­ний (ме­тод апер­тур­но­го зон­ди­ро­ва­ния). За­тем влия­ние проб­ных воз­му­ще­ний на ка­че­ст­во ра­бо­ты сис­те­мы ана­ли­зи­ру­ет­ся в бло­ке управ­ле­ния, по­сле че­го фор­ми­ру­ют­ся управ­ляю­щие сиг­на­лы, оп­ти­ми­зи­рую­щие ВФ. Сис­те­мы апер­тур­но­го зон­ди­ро­ва­ния тре­бу­ют боль­ших за­трат вре­ме­ни на на­строй­ку кор­рек­то­ра, т. к. для за­мет­но­го умень­ше­ния ис­ка­же­ний про­цесс по­вто­ря­ет­ся несколько раз.

Эф­фек­тив­ность адап­тив­ной оп­тич. сис­те­мы в зна­чит. ме­ре оп­ре­де­ля­ет­ся со­вер­шен­ст­вом при­ме­няе­мо­го кор­рек­то­ра. Вна­ча­ле ис­поль­зо­ва­лись гл. обр. со­став­ные (сег­мен­ти­ро­ван­ные) зер­ка­ла, со­стоя­щие из не­сколь­ких сег­мен­тов, ко­то­рые мог­ли сме­щать­ся от­но­си­тель­но друг дру­га с по­мо­щью пье­зо­при­во­дов или иным спо­со­бом. Впо­след­ст­вии по­лу­чи­ли рас­про­стра­не­ние гиб­кие («мем­бран­ные») зер­ка­ла с не­пре­рыв­но де­фор­ми­руе­мой по­верх­но­стью. К нач. 21 в. тех­ни­ка кор­рек­ции ВФ зна­чи­тель­но усо­вер­шенст­во­ва­лась. Кро­ме управ­ляе­мых зер­кал разл. ти­пов при­ме­ня­ют жид­кок­ри­стал­лич. фа­зо­вые мо­ду­ля­то­ры, ко­то­рые мо­гут ра­бо­тать как на от­ра­же­ние (по­доб­но зер­ка­лам), так и на про­свет. Ряд кон­ст­рук­ций до­пус­ка­ет их ми­ниа­тю­ри­за­цию и соз­да­ние уст­ройств, ин­тег­ри­ро­ван­ных в еди­ный блок с управ­ляю­щей элек­тро­ни­кой, что по­зво­ля­ет соз­да­вать ком­пакт­ные и срав­ни­тель­но не­до­ро­гие адап­тив­ные сис­те­мы. Од­на­ко, не­смот­ря на раз­ра­бот­ку фа­зо­вых кор­рек­то­ров но­во­го по­ко­ле­ния, тра­диц. гиб­кие зер­ка­ла со­хра­ня­ют своё зна­че­ние бла­го­да­ря ма­лым по­те­рям све­то­во­го по­то­ка и срав­ни­тель­но про­стой кон­ст­рук­ции. В лазер­ных сис­те­мах при­ме­ня­ют так­же не­ли­ней­но-оп­ти­че­ские ме­то­ды кор­рек­ции ис­ка­же­ний, ос­но­ван­ные на яв­ле­нии об­ра­ще­ния вол­но­во­го фрон­та. Этот под­ход на­зы­ва­ют ино­гда не­ли­ней­ной адап­тив­ной оп­ти­кой.