Optică adaptativă
Optica adaptativă este o tehnică (actuală) care permite să se corecteze, în timp real, deformațiile  evolutive și nepredictive ale unui front de undă cu ajutorul unei oglinzi deformabile. Ea utilizează un principiu similar opticii active.

Elemente istorice
Mai întâi dezvoltată în anii 1950, domeniul său principal de utilizare este astronomia, dar începe să se extindă și în alte domenii (fuziune, medical, telecomunicații). A început să se folosească în oftalmologie, pentru producerea unor imagini foarte precise ale retinei.

Când optica adaptativă este folosită pentru corectarea deformărilor lente introduse nu de atmosferă, ci de însuși instrumentul optic – ca efect al vântului, al dilatării materialelor, al gravității – se vorbește despre optica activă.

Astăzi cercetarea este foarte activă în acest domeniu, îndeosebi în privința opticii adaptative pe oglindă lichidă. Tehnologia oglinzilor lichide a cunoscut recent mult succes mulțumită utilizării unui ferofluid care permite unui câmp magnetic să controleze forma oglinzii.

Principii
Această tehnică este utilizată îndeosebi de telescoapele terestre pentru corectarea observațiilor stelelor, între altele. Dacă o stea pare că scintilează, nu e pentru că ea ar emite lumină intermitentă, ci ca urmare a turbulenței atmosferice care deformează imaginea pe care o avem, și îndeosebi o caracteristică a radiației luminoase numite front de undă sau fază.

Într-adevăr, o stea, presupusă punctuală pe cerul vizibil, emite lumină frontului  de undă sferic care, la scara Pământului (steaua fiind considerată la infinit) este plan înainte de a traversa atmosfera. Atmosfera este sediul deplasărilor aerului (vânt) care creează heterogenități de temperatură și deci de indice optic. Acestea sunt în mod esențial proporționale cu cele de ale temperaturilor - vezi modelul Gladstone-Dale. Drumul optic pe care îl parcurge o rază fiind definit ca integrală de   (unde n este indicele optic, iar dl este deplasarea elementară de-a lungul traiectului), razele nu parcurg același drum optic: frontul de undă care se observă nu mai este atunci plan, iar imaginea este deformată.

În optica adaptativă se utilizează atunci un analizor de front de undă pentru a se estima perturbația datorată atmosferei, apoi se deformează o oglindă (cu ajutorul unui sistem cu pistoane) în așa fel încât să se compenseze exact această perturbație. Astfel imaginea după reflexia pe oglindă este aproape așa cum n-ar fi avut degradare.

Punere în practică

Construcția matricei de comandă
În practică, configurarea unui sistem de optică adaptativă începe prin construcția unei matrici de comandă. Această matrice reprezintă elementele care acționează pentru reproducerea fiecărei  aberații optice ale bazei polinoamelor Zernike.

Analiza perturbării frontului de undă

Pornind de la analiza perturbării frontului de undă de către atmosferă via un analizor de front de undă se poate descompune defectul frontului de undă pe baza polinoamelor Zernike, pentru compensarea întârzierilor utilizându-se o oglindă deformabilă. În practică nu se corectează decât un număr limitat de ordine Zerkin permițându-se obținerea unui defect rezidual suficient de mic.

Stea ghid

Pentru realizarea analizei frontului de undă este necesar să se configureze o „stea artificială” care permite cunoașterea defectelor datorate perturbării atmosferice.

Ideea a fost propusă în anul 1987 de către astronomul francez Antoine Labeyrie folosindu-se banda atmosferică situată la 80 km și bogată în atomi de sodiu care excită bine pentru un laser de 589,3 nm rezonanța sodiului. Apar atunci emisii spontane ale atomilor de sodiu, care constituie o „stea ghid artificială”. Ideea a fost pentru prima oară aplicată în 1996 la observatorul astronomic de la Calar Alto, din Andaluzia (Spania).

Deformarea oglinzii
{............................}

Aplicații

Astronomie

Principala limitare a calității observațiilor astronomice nu o mai constituie dimensiunea fizică a oglinzilor colectoare de flux luminos, ci perturbările atmosferice. Această constatare a incitat crearea de observatoare la altitudine mare sau trimiterea  de telescoape în spațiu (unde se trece de  problemele atmosferice).

Rezolvarea problemei turbulențelor atmosferice poate fi făcută și prin optica adaptativă cu ajutorul oglinzilor deformabile controlate rapid de calculator pentru a se compensa deformările frontului de undă.

Oftalmologie
Optica adaptativă permite o îmbunătățire a imagisticii retiniene. Într-adevăr, optica adaptativă permite corectarea  defectelor introduse de ochi și permite o observare a fotoreceptorilor. Această tehnică este primordială pentru diagnosticul fotoreceptorilor distruși în caz de traumatisme sau de maculopatie ascunsă.

Note

Bibliografie

Legături externe

  10th International Workshop on Adaptive Optics for Industry and Medicine, Padova (Italy), 15-19 June 2015
  Adaptive Optics Tutorial at CTIO  A. Tokovinin
  Research groups and companies with interests in Adaptive Optics
  Space-based vs. Ground-based telescopes with Adaptive Optics
  Ten Years of VLT Adaptive Optics (ESO : ann11078 : 25 November 2011)
  Center for Adaptive Optics
  L'optique adaptative en astronomie
  Le système d'optique adaptative NAOS  du Very Large Telescope
  Conférence expérimentale sur l'optique adaptative de l'espace Pierre-Gilles de Gennes de l'ESPCI ParisTech
  Optique adaptative pour l'ophtalmologie et la biométrie  à l'ONERA
  ADAPTIVE OPTICS SYSTEMS / Système d'optique adaptative par Alpao 
   DEFORMABLE MIRRORS AND ADAPTIVE OPTIC TOOLS / Métrologie et optique adaptative par Imagine Optic

Vezi și
Turbulență
Optică activă
Oglindă deformabilă

Astronomie
Optică
Oftalmologie
Optica adaptativă este o tehnică ( actuală ) care permite să se corecteze , în timp real , deformațiile evolutive și nepredictive ale unui front de undă cu ajutorul unei oglinzi deformabile . Ea utilizează un principiu similar opticii active . Elemente istorice Mai întâi dezvoltată în anii domeniul său principal de utilizare este astronomia , dar începe să se extindă și în alte domenii ( fuziune , medical , telecomunicații ) . A început să se folosească în oftalmologie , pentru producerea unor imagini foarte precise ale retinei . Când optica adaptativă este folosită pentru corectarea deformărilor lente introduse nu de atmosferă , ci de însuși instrumentul optic – ca efect al vântului , al dilatării materialelor , al gravității – se vorbește despre optica activă . Astăzi cercetarea este foarte activă în acest domeniu , îndeosebi în privința opticii adaptative pe oglindă lichidă . Tehnologia oglinzilor lichide a cunoscut recent mult succes mulțumită utilizării unui ferofluid care permite unui câmp magnetic să controleze forma oglinzii . Principii Această tehnică este utilizată îndeosebi de telescoapele terestre pentru corectarea observațiilor stelelor , între altele . Dacă o stea pare că scintilează , nu e pentru că ea ar emite lumină intermitentă , ci ca urmare a turbulenței atmosferice care deformează imaginea pe care o avem , și îndeosebi o caracteristică a radiației luminoase numite front de undă sau fază . Într-adevăr , o stea , presupusă punctuală pe cerul vizibil , emite lumină frontului de undă sferic care , la scara Pământului ( steaua fiind considerată la infinit ) este plan înainte de a traversa atmosfera . Atmosfera este sediul deplasărilor aerului ( vânt ) care creează heterogenități de temperatură și deci de indice optic . Acestea sunt în mod esențial proporționale cu cele de ale temperaturilor - vezi modelul Gladstone-Dale . Drumul optic pe care îl parcurge o rază fiind definit ca integrală de ( unde n este indicele optic , iar dl este deplasarea elementară de- a lungul traiectului ) , razele nu parcurg același drum optic : frontul de undă care se observă nu mai este atunci plan , iar imaginea este deformată . În optica adaptativă se utilizează atunci un analizor de front de undă pentru a se estima perturbația datorată atmosferei , apoi se deformează o oglindă ( cu ajutorul unui sistem cu pistoane ) în așa fel încât să se compenseze exact această perturbație . Astfel imaginea după reflexia pe oglindă este aproape așa cum n- ar fi avut degradare . Punere în practică Construcția matricei de comandă În practică , configurarea unui sistem de optică adaptativă începe prin construcția unei matrici de comandă . Această matrice reprezintă elementele care acționează pentru reproducerea fiecărei aberații optice ale bazei polinoamelor Zernike . Analiza perturbării frontului de undă Pornind de la analiza perturbării frontului de undă de către atmosferă via un analizor de front de undă se poate descompune defectul frontului de undă pe baza polinoamelor Zernike , pentru compensarea întârzierilor utilizându -se o oglindă deformabilă . În practică nu se corectează decât un număr limitat de ordine Zerkin permițându -se obținerea unui defect rezidual suficient de mic . Stea ghid Pentru realizarea analizei frontului de undă este necesar să se configureze o „ stea artificială ” care permite cunoașterea defectelor datorate perturbării atmosferice . Ideea a fost propusă în anulde către astronomul francez Antoine Labeyrie folosindu -se banda atmosferică situată lakm și bogată în atomi de sodiu care excită bine pentru un laser de3 nm rezonanța sodiului . Apar atunci emisii spontane ale atomilor de sodiu , care constituie o „ stea ghid artificială ” . Ideea a fost pentru prima oară aplicată înla observatorul astronomic de la Calar Alto , din Andaluzia ( Spania ) . Deformarea oglinzii { . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... } Aplicații Astronomie Principala limitare a calității observațiilor astronomice nu o mai constituie dimensiunea fizică a oglinzilor colectoare de flux luminos , ci perturbările atmosferice . Această constatare a incitat crearea de observatoare la altitudine mare sau trimiterea de telescoape în spațiu ( unde se trece de problemele atmosferice ) . Rezolvarea problemei turbulențelor atmosferice poate fi făcută și prin optica adaptativă cu ajutorul oglinzilor deformabile controlate rapid de calculator pentru a se compensa deformările frontului de undă . Oftalmologie Optica adaptativă permite o îmbunătățire a imagisticii retiniene . Într-adevăr , optica adaptativă permite corectarea defectelor introduse de ochi și permite o observare a fotoreceptorilor . Această tehnică este primordială pentru diagnosticul fotoreceptorilor distruși în caz de traumatisme sau de maculopatie ascunsă . Note Bibliografie Legături externe h International Workshop on Adaptive Optics for Industry and Medicine , Padova ( Italy) ,June Adaptive Optics Tutorial at CTIO A. Tokovinin Research groups and companies with interests in Adaptive Optics Space-based vs . Ground-based telescopes with Adaptive Optics Ten Years of VLT Adaptive Optics ( ESO \ : ann11078\:November Center for Adaptive Optics L'optique adaptative en astronomie Le système d'optique adaptative NAOS du Very Large Telescope Conférence expérimentale sur l'optique adaptative de l'espace Pierre-Gilles de Gennes de l'ESPCI ParisTech Optique adaptative pour l'ophtalmologie et la biométrie à l'ONERA ADAPTIVE OPTICS SYSTEMS / Système d'optique adaptative par Alpao DEFORMABLE MIRRORS AND ADAPTIVE OPTIC TOOLS / Métrologie et optique adaptative par Imagine Optic Vezi și Turbulență Optică activă Oglindă deformabilă Astronomie Optică Oftalmologie