变形镜与校正

变形镜及其驱动控制系统实现了自适应光学中的校正功能，通过实时重塑反射表面来抵消传感器测得的波前畸变。

Definition

变形镜是一种光学元件，其表面可以通过执行器阵列快速重塑；校正系统是利用波前测量结果来控制镜面，从而消除光束中的大气畸变的控制器。

Scope

本主题涵盖变形镜技术，包括压电式、静电薄膜式和微机电系统设备，单独的整体图像运动倾斜校正，将波前测量结果转换为镜面指令的控制回路，回路带宽和稳定性，以及量化校正质量的斯特雷尔比等品质因数。

Core questions

• 变形镜如何改变其形状？
• 为什么整体图像运动要通过倾斜镜单独校正？
• 控制回路如何将测量结果转化为校正？
• 如何量化校正质量？

Key theories

变形镜驱动

压电、静电或微机电执行器阵列推动或拉动薄反射表面，以施加可控形状，从而抵消测得的波前误差。

倾斜和高阶校正

最大的大气畸变是整体波前倾斜，通常由快速倾斜镜处理，而变形镜则校正更精细的高阶像差。

闭环控制和斯特雷尔比

控制器以高带宽将传感器信号转换为镜面指令，而由斯特雷尔比概括的残余误差则衡量校正后的图像与衍射极限的接近程度。

Clinical relevance

变形镜和控制回路的性能决定了自适应光学图像的清晰度；执行器数量和速度的进步是系外行星直接成像的极端自适应光学以及为超大型望远镜规划的超大型校正系统的基础。

History

早期的自适应光学系统使用执行器数量不多的变形镜，通常为国防目的而开发。压电式和随后的微机电镜将执行器数量增加到数千个，而自适应次镜则将校正器集成到望远镜本身，从而实现了当今的高性能系统。

Key figures

• Horace Babcock
• Robert Tyson

Seminal works

• tyson2015
• hardy1998

Frequently asked questions

镜子如何能足够快地改变形状以抵消大气影响？

变形镜具有薄的反射表面，其背面有许多小型执行器推动和拉动。这些执行器在毫秒级内响应，因此镜面每秒可以重塑数百或数千次，以跟踪并抵消快速变化的大气畸变。

什么是斯特雷尔比？

斯特雷尔比将实际图像的峰值亮度与同一光源的完美、衍射极限图像的峰值亮度进行比较。斯特雷尔比接近1表示校正效果极佳，而低值则表示存在显著的残余模糊，使其成为衡量自适应光学性能的标准指标。