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'''Adaptive Optik''' (kurz AO) ist eine Technik, die die Qualität [[Optomechatronik|optomechatronischer]] Systeme dadurch verbessert, dass sie vorhandene Wellenfrontstörungen, verursacht z.&nbsp;B. durch [[Luftunruhe]], bestmöglich reduziert bzw. kompensiert, in der Regel durch Bewegung oder Verformung von Spiegeln.<br />
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Die Technik der adaptiven Optik wurde in den 1970er Jahren im militärischen Bereich entwickelt und knappe zwanzig Jahre später in der erdgebundenen [[Beobachtende Astronomie|beobachtenden Astronomie]] erstmals im zivilen Bereich eingesetzt.<ref>{{Webarchiv|url=https://www2.mpia-hd.mpg.de/~hippler/PhysikInUnsererZeitJan2005.pdf |wayback=20210729194159 |text=Adaptive Optik – Der scharfe Blick ins All und ins Auge }}, abgerufen am 6. Juli 2016</ref><br />
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== Zur Technik der adaptiven Optik ==<br />
Eine AO besteht in der Regel aus drei Komponenten. (1) Ein Wellenfrontsensor&nbsp;– beispielsweise ein [[Hartmann-Shack-Sensor]]&nbsp;– vermisst die optischen Störungen, (2) ein Steuerrechner (im Bild oben Echtzeitcomputer) berechnet daraus Korrektursignale mit denen sich (3) Korrekturelemente so ansteuern lassen, dass im Resultat korrigierte Wellenfronten erzeugt werden. Die drei Komponenten bilden einen Regelkreis (im Bild oben einen geschlossenen Regelkreis), der bei astronomischen Anwendungen typischerweise einige hundert Mal pro Sekunde durchlaufen wird.<br />
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Im einfachsten Fall kann als Korrekturelement ein 2-Achsen-Kippspiegel verwendet werden, mit dessen Hilfe die atmosphärisch bedingte Bildbewegung kompensiert werden kann. Die Bildbewegung kann in diesem Fall beispielsweise mit einem [[Position Sensitive Device]] gemessen werden.<br />
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Die Kompensation [[Aberration (Optik)|optischer Fehler]] höherer Ordnung, wie beispielsweise [[Abbildungsfehler#Astigmatismus|Astigmatismus]], [[Abbildungsfehler#Koma|Koma]] usw., (siehe auch [[Zernike-Polynom]]e) erfordert in der Regel Spiegel, deren reflektierende Oberfläche sich mit Hilfe von Aktuatoren verformen lässt, sogenannte deformierbare Spiegel. Adaptive Optiken mit [[Flüssigkristall]]-Korrekturelementen<br />
(im englischen oft als liquid crystal spatial light modulators, LC SLM, bezeichnet; oder auch als liquid crystal on silicon, [[LCoS|LCOS]])<ref>Quanquan Mu, Zhaoliang Cao, Lifa Hu, Dayu Li, and Li Xuan, {{DOI|10.1364/OE.14.008013}}, Adaptive optics imaging system based on a high-resolution liquid crystal on silicon device, Opt. Express 14, 8013-8018 (2006)</ref><ref>Shirai, Tomohiro; Takeno, Kohei; Arimoto, Hidenobu; Furukawa, Hiromitsu, {{DOI|10.1143/JJAP.48.070213}}, Adaptive Optics with a Liquid-Crystal-on-Silicon Spatial Light Modulator and Its Behavior in Retinal Imaging, Japanese Journal of Applied Physics, Volume 48, Issue 7R, article id. 070213 (2009)</ref><ref>Kainan Yao, Jianli Wang, Xinyue Liu, and Wei Liu, {{DOI|10.1364/OE.22.017216}}, Closed-loop adaptive optics system with a single liquid crystal spatial light modulator, Opt. Express 22, 17216-17226 (2014)</ref><br />
können Wellenfronten sowohl in Reflexion als auch in Transmission verändern.<br />
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Eine weitere Technik – die [[aktive Optik]] – wird eingesetzt, um Spiegelkrümmungen auszugleichen, die z.&nbsp;B. beim Schwenken des Teleskops entsteht. In der Astronomie unterscheiden sich die beiden Korrekturverfahren in der Geschwindigkeit der Regelung: bei aktiver Optik wird in der Größenordnung 1 Mal pro Sekunde geregelt, bei adaptiver Optik dagegen deutlich schneller, in der Größenordnung von 100 Mal pro Sekunde.<br />
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== Anwendung in Astronomie und Mikroskopie ==<br />
Mit einer AO lassen sich beispielsweise die beim Durchgang von Sternlicht durch turbulente Schichten der [[Erdatmosphäre|Atmosphäre]] erzeugten Wellenfrontstörungen (genauer [[Phase (Schwingung)|Phasenstörungen]]) kompensieren. Vermessen wird dabei ein Leitstern oder ein durch einen Laser erzeugter [[künstlicher Leitstern]].<br />
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Ohne AO arbeiten alle [[Terrestrisch|erdgebundenen]], astronomischen Großteleskope des optischen Bereichs weit unter ihren theoretischen Möglichkeiten. Dies bedeutet z.&nbsp;B. für ein [[Spiegelteleskop]] mit 10&nbsp;m Öffnung, dass sein [[Auflösungsvermögen]] bzw. die Bildschärfe um einen Faktor 10–50 (je nach [[Wellenlänge]]) schlechter ist als von der Teleskop-Optik vorgegeben. Die Beschränkung der Bildqualität liegt somit nicht am Teleskop, sondern an den thermisch-optisch turbulenten Luftschichten.<br />
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Zur Korrektur dieser atmosphärischen Störungen ([[Seeing]]) werden große Teleskope mit AO ausgerüstet. Auch in [[Sonnenteleskop]]en wird diese Technik verwendet.<ref>{{Webarchiv|url=http://nsosp.nso.edu/ao |wayback=20130218005843 |text=Solar Adaptive Optics Project }} nsosp.nso.edu, abgerufen am 8. März 2013</ref> AO spielt aber auch bei der [[Laser]]-Kommunikation oder der Laserstrahlführung durch die Atmosphäre oder in der militärischen Aufklärung eine bedeutende Rolle.<br />
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In den letzten Jahren wird der Einsatz dieser Verfahren für die [[Mikroskopie]] und in der [[Augenheilkunde]] vermehrt erforscht, um die Abbildungsfehler des menschlichen Auges zu kompensieren und entweder diagnostischen Verfahren eine bessere [[Auflösung (Physik)|Auflösung]] zu ermöglichen, oder die menschliche Sehleistung zu verbessern.<br />
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== Anwendung bei Laserschneidanlagen ==<br />
Ein weiteres Einsatzgebiet adaptiver Optiken sind Laserschneidanlagen mit [[Kohlendioxidlaser]]n. Da die Strahlführung über verfahrbare Spiegel erfolgt und nicht über [[Glasfaser]]n, ändert sich die Länge des Strahlenweges zwischen [[Laser]] und [[Werkstück]] je nach Position des Schneidkopfes. Um immer im [[Fokus]] zu bleiben, werden adaptive Optiken eingesetzt. Das sind beispielsweise hohle Kupferspiegel. Durch Anlegen eines Wasserdruckes kann die Oberfläche gekrümmt werden, wodurch die Fokuslage verschoben wird.<br />
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== Anwendung bei Hochleistungs-Lasern ==<br />
Adaptive Optik wird bei Hochleistungs-Lasern eingesetzt, um unter anderem optische Abbildungsfehler durch „erhitzte“ Optiken zu kompensieren.<br />
Beispiele sind die [[Petawatt High Energy Laser for Heavy Ion Experiments|PHELIX]]-Laseranlage, der [[Vulcan-Laser]], die europäische [[Extreme Light Infrastructure]], oder Laser die bei der Trägheits-Fusionsforschung (USA: [[National Ignition Facility]], China: Joint Laboratory on High Power Laser and Physics) eingesetzt werden.<br />
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== Siehe auch ==<br />
* [[Astronomische Refraktion]]<br />
* [[Saalrefraktion]], [[Seitenrefraktion]]<br />
* [[Seeing]]<br />
<br />
== Literatur ==<br />
* [[Horace Welcome Babcock|H. W. Babcock]]: ''The Possibility of Compensating Astronomical Seeing'', Publications of the Astronomical Society of the Pacific, Vol. 65, No. 386, p.229, 1953, {{DOI|10.1086/126606}}, {{bibcode|1953PASP...65..229B}}<br />
* John W. Hardy: ''Adaptive Optics for Astronomical Telescopes'', Oxford University Press, 1998, ISBN 978-0-19-509019-2<br />
* François Roddier: ''Adaptive optics in astronomy'', Cambridge Univ. Press, Cambridge 2004, ISBN 0-521-55375-X<br />
* Ulrich Wittrock: ''Adaptive optics for industry and medicine'', Springer, Berlin 2005, ISBN 3-540-23978-2<br />
* Robert K.Tyson: ''Principles of adaptive optics'', CRC Press, Third Edition, 2011, ISBN 978-1-4398-0858-0 (Hardback)<br />
* Martin J Booth: ''Adaptive optical microscopy: the ongoing quest for a perfect image'', Light: Science & Applications (2014) 3, e165; {{DOI|10.1038/lsa.2014.46}}<br />
* Austin Roorda and Jacque L. Duncan: ''Adaptive Optics Ophthalmoscopy'', Annual Review of Vision Science, Vol. 1: 19 -50 (Volume publication date November 2015), {{DOI|10.1146/annurev-vision-082114-035357}}<br />
<br />
== Weblinks ==<br />
{{Commonscat|Adaptive optics}}<br />
* [https://www.spektrum.de/lexikon/physik/adaptive-optik/188 Adaptive Optik im Lexikon der Physik]<br />
* [https://www2.mpia-hd.mpg.de/homes/hippler/AOonline/ao_online.html Online Tutorial Adaptive Optik, Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg]<br />
* [https://www.spektrum.de/news/die-vier-welten-von-hr-8799/1188456 Exoplaneten: Die vier Welten von HR 8799, aufgenommen mit Adaptiver Optik; incl. Video]<br />
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== Einzelnachweise ==<br />
<references /><br />
<br />
[[Kategorie:Technische Optik]]<br />
[[Kategorie:Astronomisches Instrument]]<br />
[[Kategorie:Optomechatronik]]</div>imported>Bautsch