为的是消除水蒸气涡流的阻碍,为的是能在发射塔看清楚月亮的真面目,上世纪50年代物理学家Horace Bobcock明确提出了两个方式:用两个感应器量测雷射中的波前形变,然后用两个可形变的成像组件对波前形变进行补偿金,恢复雷射原先的波前,消解水蒸气涡流影响,提高影像对比度。这句话虽然读出来有些繁杂,但关键字就这么几个:波前感应器、可形变成像组件、补偿金。
先说科唇:波前(wavefront),有时候也被称为波面。对个人认为叫波面更直白,即使它叙述的是两个和强光数据传输路径横向的两个曲面。平庸相连接光的波前是两个正方形,波源的波前是两个曲面(近似于极线和埃科县之间的关系) ,造成形变的波前,是两个任一曲面。
即使水蒸气电导率分布不光滑,因此强光跨过水蒸气的时候,其波前就会造成形变。即使有了波前形变,因此影像就显得模糊不清;即使波前形变在时不时地发生改变,因此影像就模糊不清且变形。
再返回Bobcock明确提出的方式:难道波前形变是影像模糊不清和变形的主要原因,那倒不如用两个组件造成逆向的波前形变,正好和水蒸气引发的形变互相抵销?这样水蒸气的阻碍不就被消解掉了吗?何等别出心裁的设想!赞两个!
但,我怎么知道应该抵销啥?要是抵销赤膊上阵了咋办?
这就须要先用两个科学仪器(专有名词:波前感应器)量测水蒸气引发的波前形变,再通过可形变的成像组件(专有名词:波前标定器)来精确地补偿金、标定、抵销那个形变,进而达“1-1=0”的效用。而且,即使水蒸气是在时不时运动的,所以那个量测、抵销的过程还须要时不时地循环式,以达到静态标定的效用。这是自适应成像(Adaptive Optics, AO)的中心思想:量测+控制+ 标定!吓人吧!
Bobcock的设想听出来较好,但实现出来却极难!
为的是满足“实时量测—控制—标定”的要求,自适应成像系统关键器件(如波前感应器、形变镜、控制系统等)须要达到很高的性能指标要求。但,想想看:1947年人类才发明了第两个晶体管,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。在那个设想被明确提出的1950年代,要想完成实时、高速的波前量测、计算、标定这一系列神操作,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,自适应成像主要应用在这些领域:
1. 天文观测; 2. 激光雷射整形; 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:自适应成像那个词虽然听着很陌生,但离我们并不遥远!即使我们每对个人身上就有这么一套自适应成像系统!
在哪里?人眼!
人眼接收外界环境的强光,在视网膜成像。影像被送入大脑中,大脑实时地对影像进行处理,分析判断影像的对比度,然后控制人眼的睫状肌收缩、调整晶状体形变,最后在视网膜呈现清晰的影像。整个是一典型的“量测(视网膜成像)—控制(大脑分析并发送指令)—调整(睫状肌收缩+晶状体形变)”过程。
只不过这一切发生的太快、太过自然,因此你根本没有感觉到而已!
有没有觉得人体很神奇?有没有觉得自己很吓人?因此,要保护好自己的眼睛哈!
参考文献:
1.《自适应成像技术》,姜文汉,自然杂志,第28卷第1期,2006年。
2.《自适应成像》,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.《自适应成像及激光操控》,张雨东、饶长辉、李新阳著,国防工业出版社,2016年。
5.《自适应成像原理(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.《自适应成像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。
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