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壓電變形鏡是一種自適應(yīng)光學(xué)元件。它主要是利用壓電材料的壓電效應(yīng)來改變鏡面的形狀。
壓電疊堆可變形反射鏡(壓電變形鏡)
自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)旨在實(shí)時(shí)測量并校正光學(xué)系統(tǒng)中的像差,壓電變形鏡憑借其高精度、快速響應(yīng)等優(yōu)勢,成為自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中的關(guān)鍵元件。
天文觀測自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)?
- 大氣湍流校正:在地面天文觀測中,大氣湍流會(huì)使光線的波前發(fā)生隨機(jī)畸變,導(dǎo)致星體成像模糊。自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中的波前傳感器實(shí)時(shí)測量波前畸變,然后控制壓電變形鏡快速調(diào)整鏡面形狀,產(chǎn)生與畸變相反的相位補(bǔ)償,從而使望遠(yuǎn)鏡接收到的光線恢復(fù)到接近理想平面波前,顯著提高成像分辨率,如歐洲南方天文臺(tái)的甚大望遠(yuǎn)鏡(VLT)就利用壓電變形鏡實(shí)現(xiàn)了對大氣湍流的有效校正,能觀測到更清晰的星系、恒星形成區(qū)等天體細(xì)節(jié)。
- 高分辨率成像:通過壓電變形鏡對波前的精確控制,自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)可以使望遠(yuǎn)鏡達(dá)到接近其衍射極限的分辨率。這對于觀測遙遠(yuǎn)星系的精細(xì)結(jié)構(gòu)、研究恒星周圍的行星形成盤等非常重要。例如,使用自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的凱克望遠(yuǎn)鏡,在壓電變形鏡的幫助下,能夠分辨出太陽系外行星與恒星之間的微弱反差,獲取行星的光譜和圖像信息。
激光核聚變裝置自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)?
- 光束質(zhì)量控制:在激光核聚變實(shí)驗(yàn)中,需要將高功率激光聚焦到微小的靶丸上,以引發(fā)核聚變反應(yīng)。但激光在傳輸過程中會(huì)受到多種因素影響,如光學(xué)元件的缺陷、大氣湍流等,導(dǎo)致光束質(zhì)量下降。壓電變形鏡可實(shí)時(shí)校正激光束的波前畸變,使激光束能夠更精確地聚焦到靶丸上,提高能量耦合效率,增加核聚變反應(yīng)的成功率。
- 減少熱暈效應(yīng):高功率激光在大氣中傳輸時(shí),會(huì)使空氣受熱產(chǎn)生折射率變化,引起激光束的自聚焦和散焦現(xiàn)象,即熱暈效應(yīng)。自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中的壓電變形鏡可以實(shí)時(shí)監(jiān)測并補(bǔ)償熱暈效應(yīng)引起的波前畸變,保證激光束的傳輸穩(wěn)定性和聚焦精度,確保激光能量能夠有效作用于靶丸。
生物醫(yī)學(xué)成像自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)?
- 眼底成像:人眼的光學(xué)系統(tǒng)存在像差,會(huì)影響眼底成像的分辨率。在自適應(yīng)光學(xué)眼底成像系統(tǒng)中,壓電變形鏡可根據(jù)人眼的像差情況實(shí)時(shí)調(diào)整鏡面形狀,對入射光進(jìn)行波前校正,從而獲得高分辨率的視網(wǎng)膜圖像,能夠清晰顯示視網(wǎng)膜上的血管、神經(jīng)纖維層、黃斑區(qū)等細(xì)微結(jié)構(gòu),有助于早期發(fā)現(xiàn)和診斷青光眼、糖尿病視網(wǎng)膜病變等眼部疾病。
- 細(xì)胞和組織成像:在生物顯微鏡中,自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)結(jié)合壓電變形鏡可以校正樣品引起的波前畸變,提高成像的分辨率和對比度。對于厚樣品或具有復(fù)雜光學(xué)特性的生物組織,壓電變形鏡能夠動(dòng)態(tài)調(diào)整光路,使熒光成像、共聚焦成像等技術(shù)獲得更清晰的細(xì)胞和組織內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像,有助于研究細(xì)胞的形態(tài)、功能和生物分子的分布。
自適應(yīng)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)?
- 自適應(yīng)光學(xué)輔助望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦:壓電變形鏡可以通過微調(diào)鏡面曲率,幫助望遠(yuǎn)鏡快速準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)對焦。在觀測不同距離的天體或在不同環(huán)境條件下,自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)利用壓電變形鏡實(shí)時(shí)調(diào)整焦點(diǎn)位置,確保天體始終清晰成像。
- 望遠(yuǎn)鏡像差補(bǔ)償:望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)元件在制造和安裝過程中可能存在像差,如球面像差、彗差等。壓電變形鏡可以對這些像差進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償,提高望遠(yuǎn)鏡的成像質(zhì)量,使觀測到的天體圖像更加清晰、準(zhǔn)確,提升望遠(yuǎn)鏡對暗弱天體的探測能力。
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