自適應(yīng)光學(xué)（adaptive optics）， 指一種用于大反射望遠(yuǎn)鏡的鏡面的一種補(bǔ)償系統(tǒng)，可以通過快速反應(yīng)的的支撐系統(tǒng)使鏡面發(fā)生形變來補(bǔ)償大氣抖動(dòng)引起的星象閃爍。自適應(yīng)光學(xué)是補(bǔ)償由大氣湍流或其他因素造成的成像過程中波前畸變的最有前景的技術(shù)。

中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所饒長(zhǎng)輝研究團(tuán)隊(duì)成功研制國(guó)內(nèi)首套地表層自適應(yīng)光學(xué)（Ground Layer Adaptive Optics, GLAO）試驗(yàn)系統(tǒng)，與云南天文臺(tái)1米新真空太陽望遠(yuǎn)鏡對(duì)接后，于2016年1月首次獲得了太陽黑子和太陽米粒的大視場(chǎng)高分辨力自適應(yīng)光學(xué)校正圖像，標(biāo)志著我國(guó)太陽自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)再次取得重大突破。

自從天文望遠(yuǎn)鏡誕生400年以來，它從小型手控的光學(xué)器材發(fā)展到由計(jì)算機(jī)控制的龐大復(fù)雜儀器。其間，有兩個(gè)參數(shù)極其重要：望遠(yuǎn)鏡的口徑（聚光能力）和角分辨率（圖像的清晰度）。對(duì)于一架在太空中使用的性能絕佳的望遠(yuǎn)鏡來說，分辨率直接與口徑的倒數(shù)成正比。從遙遠(yuǎn)星球發(fā)出的平面波波前將被望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)換成完美的球面波波陣面從而成像。像的角分辨率只受到衍射的限制--我們可以稱之為衍射極限。

自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)原理

實(shí)際上大氣的影響和望遠(yuǎn)鏡的質(zhì)量問題都會(huì)扭曲球面波前，造成成像過程中的相位錯(cuò)誤。即使是在最好的觀測(cè)地點(diǎn)，地面上可見光波段望遠(yuǎn)鏡的角分辨率都無法超過10到20厘米口徑的望遠(yuǎn)鏡，這僅僅是因?yàn)榇髿馔牧鞯木壒�。�?duì)于一臺(tái)口徑四米的望遠(yuǎn)鏡來說，大氣湍流使其空間分辨率降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)（與衍射極限相比），同時(shí)星像中心的清晰度降低了100多倍。這源于大氣擾動(dòng)造成的波前在時(shí)間和空間的不穩(wěn)定--也是人類發(fā)送哈勃到太空進(jìn)行觀測(cè)的的最主要原因--避免大氣湍流的影響。此外，像質(zhì)的好壞也受到工業(yè)技術(shù)問題以及由機(jī)械、溫度和望遠(yuǎn)鏡光學(xué)效應(yīng)而引起的波前扭曲的影響。

自適應(yīng)光學(xué)的使用

最顯然的應(yīng)用是直接利用濾鏡成像。所有的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)都提供這一基礎(chǔ)模式，但經(jīng)常配備附加的掃描濾鏡（圓形可變?yōu)V波器），這樣做是為了取得豐富的數(shù)據(jù)（二維的平面空間和一維的光譜）�？紤]到大氣湍流是隨著時(shí)間不斷改變的，在短時(shí)間內(nèi)獲得豐富的觀測(cè)資料及數(shù)據(jù)聽起來就顯得異常誘人。這可以利用全視場(chǎng)攝譜儀（IFS）做到。加拿大-法國(guó)-夏威夷望遠(yuǎn)鏡 （CFHT）的CMOS系統(tǒng)在可見波段的觀測(cè)和西班牙卡拉阿托天文臺(tái)的3D在紅外波段的觀測(cè)是這一方面的先驅(qū)。類似的設(shè)備同樣安裝于8米望遠(yuǎn)鏡，尤其是安裝于雙子星望遠(yuǎn)鏡（Gemini）的GMOS系統(tǒng)在可見波段的應(yīng)用以及安裝于甚大望遠(yuǎn)鏡（VLT）的SINFONI -SPIFFI系統(tǒng)在紅外波段的應(yīng)用。

自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)有很大的技術(shù)挑戰(zhàn)。其中包括快速低噪聲的傳感器（為了能使用比較昏暗的引導(dǎo)星來進(jìn)行矯正）；高能、可信且易于操作的鈉激光器；超高速處理器，要求每秒的運(yùn)作此時(shí)達(dá)109到1010次；可變形鏡面，帶寬幾千赫茲和上千個(gè)觸動(dòng)器；大型的二級(jí)自適應(yīng)透鏡。后者在熱波段尤其有趣，任何一小塊附加的鏡面都加大由設(shè)備造成的原本已經(jīng)很大的熱背景。

基于自然引導(dǎo)星的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)正幫助現(xiàn)代的8到10米望遠(yuǎn)鏡不斷取得接近衍射極限的成像質(zhì)量以及分光數(shù)據(jù)�？梢姽獠ǘ蔚母恼�已相當(dāng)理想，但是至今仍然無法到達(dá)衍射極限。人造引導(dǎo)星自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)被應(yīng)用于不少天文臺(tái)，而且這個(gè)數(shù)字正不斷的增加。但是人造引導(dǎo)星在極高天空覆蓋率下的穩(wěn)定應(yīng)用仍然沒有實(shí)現(xiàn)。MCAO技術(shù)仍在襁褓階段。

許多最近的天文觀測(cè)成果都基于新的光學(xué)觀測(cè)技術(shù)。尤其是當(dāng)甚大望遠(yuǎn)鏡（VLT）投入使用后（干涉觀測(cè)法帶來了更清晰的像質(zhì)），自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)顯得更加重要。強(qiáng)大的集光能力和極小的分辨率（空間上的和光譜上的）將為未來地面天文觀測(cè)帶來最主要的進(jìn)步。更深入地，計(jì)劃和討論中的巨型光學(xué)望遠(yuǎn)鏡（比如OWL）將依賴先進(jìn)的自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)全部的天文觀測(cè)---在這些項(xiàng)目的建設(shè)初期望遠(yuǎn)鏡就和自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)融為一體。