自适应光学一般问题

自适应光学一般问题

(1) 变形镜执行器排列方式有哪几种？

变形镜的执行器排列方式一般有六角形排列、正交排列、中心放射状排列等几种方式。这些排列方式与波前传感器微透镜阵列的排列方式（主要包括六角形排列、正交排列等）一致，可以起到较好的闭环波前校正效果。

例如，荷兰OKO公司的变形镜排列方式大致如下：

l 六角形排列：37通道MMDM、19/37/79/109通道PDM；

l 正交排列：19/38通道MMDM，69通道PDM、20通道线性PDM；

l 中心放射排列：39/59/79通道的MMDM。

(2) 各类型变形镜的响应速度有何区别？

变形镜的响应速度与其驱动机理、执行器数量、镜面材质、大小、驱动电路带宽等参数都有关系，各公司所生产的变形镜响应速度不一样，阶跃响应上升时间一般在ms量级，也有高速产品响应时间小于1 ms，详情请见变形镜产品性能对比表和产品手册。

(3) 如何计算变形镜校正了多少波长的畸变？

变形镜的校正能力主要取决于其表面形变能力，不同厂家、不同型号变形镜的校正能力也不一样，具体可以参考每款产品具体的技术指标。对于反射式变形镜来说，因为光路来回1次，因此其所能校正的波长数等于其2倍形变量除以波长；对于透射式变形镜来说，其所能校正的波长数等于其形变量除以波长。

(4) 波前畸变怎么来表示？

波前是个三维曲面，可以用符号Φ(x,y)来表示，其中x，y分别表示平面坐标，Φ表示平面坐标(x,y)点的坐标或者形变量。可以逐点定义曲面上各点的形变量，也可以将曲面表示为若干基曲面的线性组合（即用模式法表征波前）。

例如，利用Zernike模式的单位正交性，就可以将任意波前分解多个Zernike模式的线性组合，通过Zernike模式的系数来表示波前。这样可以大大减少表征波前畸变的参数的个数，同时便于分析波前畸变的主要成分，如倾斜、像散、球差、慧差等。

(5) 为什么软件和产品手册上用干涉图来表示波前？

波前是三维曲面，为了形象地显示波前，一般会把波前表示为三维空间中的曲面，或者表示成干涉图像。

例如，在荷兰OKO公司研发的ForntSurfer软件中，就用了三维图和模拟干涉图像（与平行光干涉）显示波前传感器测量得到的波前曲面（见下图）。在荷兰OKO公司产品手册中，也有很多实际测量得到的变形镜与平行光的干涉图像。根据干涉图像，可以更形象、更直观地展示光束的波前畸变程度、以及变形镜对波前的校正能力。

（从左向右：波前三维图、模拟干涉图、模拟远场光斑图、实测干涉图像）

（从左向右：MMDM施加0V电压，所有执行器施加最大电压，

中心执行器施加最大电压，随机电压）

(6) 变形镜与DMD有什么区别？

DMD是Digital Micromirror Device的简称，是一种光学MEMS器件，由一系列高反射率的微小镜片组成。

1) DMD表面是离散的，每个微镜片就类似于图像传感器的一个像素，因此常用分辨率描述DMD对于光束方向的调控能力。变形镜表面一般是连续的（大口径离散镜面的变形镜除外），常用其所能产生的镜面形变复杂程度（如Zernike模式的阶数）来描述其对光束波前的调控能力；

2) 变形镜所适应的光谱波段范围较广，对波段的限制更小；

3) 变形镜可对高阶泽尼克畸变进行校正，一般用于对波前校正要求较高的领域，例如天文、生物显微成像、激光、光刻等，而DMD一般用于投影、照明等领域。

(7) 变形镜执行器之间的间距是多少？

不同变形镜的执行器之间的间距不同，具体间距需要看变形镜的尺寸、型号。

例如，荷兰OKO公司的变形镜执行器之间的间距一般是：6.83 mm@19、4.30 mm@37、4.75 mm@69、4.72 mm@79、4.30 mm@109。法国ALPAO公司的变形镜执行器间距有：0.8/1.5/2.5/5.0 mm。

(8) 变形镜的执行器有不同数量，是否意味着也有分辨率的说法呢？

变形镜的执行器越多，其镜面形变程度就越复杂。一般来说，变形镜的形变能力一般用其产生Zernike形变的阶数来衡量，例如，可校正5阶Zernike畸变等。

DMD或者SLM也可对光束进行调控，但是它们的表面是离散的，类似于图像传感器的“像素”，因此，DMD或者SLM对光束的调节能力常用其分辨率来评价。

(9) 变形镜能将高斯光调成平行光吗，还是只能进行调焦？

变形镜的主要作用就是用于光束波前的调节。通过改变变形镜各执行器的控制电压，可以使变形镜镜面产生多种复杂的形变。只要形变得当，是可以将高斯光调制成平行光的。此外，变形镜还可以产生不同阶数的Zernike形变，如离焦、散焦、球差、慧差等。

(10) 变形镜能否用于高功率激光？能量阈值是多少？

变形镜经过特殊镀膜能承受高功率激光，每款产品的能量阈值不同。

荷兰OKO的MMDM在普通镀膜情况下能承受3 W激光，特殊镀膜能承受500 W, 功率密度2 kW/cm²。OKO的PDM在特殊镀膜下可承受30 kW高功率的激光。

意大利Dynamic Optics的变形透镜至少可承受10 mJ的飞秒激光。Dynamic Optics的变形镜适用于大功率激光，可根据客户要求进行镀膜定制。

法国ALPAO公司的变形镜激光损伤阈值（LIDT，镜面镀银）为： 880 mJ/cm²(@12 ns,10 Hz,1064 nm,脉冲激光) 或者50 W (@1064 nm，连续激光)。

(11) Dynamic Optics的微透镜阵列能做到多小？口径最大能做到多少？

Dynamic Optics的微透镜阵列的间距为150 μm，无论其间距还是口径（面积）都可以根据用户的要求定制。波前传感器的尺寸为9 mm×7.13 mm。