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<title>Adaptive Optik</title>

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<h1 id="firstHeading" class="firstHeading mw-first-heading"><span class="mw-page-title-main">Adaptive Optik</span></h1>

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<p><b>Adaptive Optik</b> (kurz AO) ist eine Technik, die die Qualität optischer Systeme dadurch verbessert, dass sie vorhandene Wellenfrontstörungen, verursacht z. B. durch <a href="Luftunruhe" title="Luftunruhe">Luftunruhe</a>, bestmöglich reduziert bzw. kompensiert, in der Regel durch Bewegung oder Verformung von Spiegeln.

</p><p>Die Technik der adaptiven Optik wurde in den 1970er Jahren im militärischen Bereich entwickelt und knappe zwanzig Jahre später in der erdgebundenen <a href="Beobachtende_Astronomie" title="Beobachtende Astronomie">beobachtenden Astronomie</a> erstmals im zivilen Bereich eingesetzt.<sup id="cite_ref-1" class="reference"><a href="#cite_note-1"><span class="cite-bracket">[</span>1<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Zur_Technik_der_adaptiven_Optik">Zur Technik der adaptiven Optik</h2></div>

<p>Eine AO besteht in der Regel aus drei Komponenten. (1) Ein Wellenfrontsensor – beispielsweise ein <a href="Hartmann-Shack-Sensor" title="Hartmann-Shack-Sensor">Hartmann-Shack-Sensor</a> – 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.

</p><p>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 <a href="Position_Sensitive_Device" title="Position Sensitive Device">Position Sensitive Device</a> gemessen werden.

</p><p>Die Kompensation <a href="Aberration_(Optik)" class="mw-redirect" title="Aberration (Optik)">optischer Fehler</a> höherer Ordnung, wie beispielsweise <a href="Abbildungsfehler#Astigmatismus" title="Abbildungsfehler">Astigmatismus</a>, <a href="Abbildungsfehler#Koma" title="Abbildungsfehler">Koma</a> usw., (siehe auch <a href="Zernike-Polynom" title="Zernike-Polynom">Zernike-Polynome</a>) erfordert in der Regel Spiegel, deren reflektierende Oberfläche sich mit Hilfe von Aktuatoren verformen lässt, sogenannte deformierbare Spiegel. Adaptive Optiken mit <a href="Fl%C3%BCssigkristall" title="Flüssigkristall">Flüssigkristall</a>-Korrekturelementen

(im englischen oft als liquid crystal spatial light modulators, LC SLM, bezeichnet; oder auch als liquid crystal on silicon, <a href="LCoS" title="LCoS">LCOS</a>)<sup id="cite_ref-2" class="reference"><a href="#cite_note-2"><span class="cite-bracket">[</span>2<span class="cite-bracket">]</span></a></sup><sup id="cite_ref-3" class="reference"><a href="#cite_note-3"><span class="cite-bracket">[</span>3<span class="cite-bracket">]</span></a></sup><sup id="cite_ref-4" class="reference"><a href="#cite_note-4"><span class="cite-bracket">[</span>4<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

können Wellenfronten sowohl in Reflexion als auch in Transmission verändern.

</p><p>Eine weitere Technik – die <a href="Aktive_Optik" title="Aktive Optik">aktive Optik</a> – wird eingesetzt, um Spiegelkrümmungen auszugleichen, die z. 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.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Anwendung_in_Astronomie_und_Mikroskopie">Anwendung in Astronomie und Mikroskopie</h2></div>

<p>Mit einer AO lassen sich beispielsweise die beim Durchgang von Sternlicht durch turbulente Schichten der <a href="Erdatmosph%C3%A4re" title="Erdatmosphäre">Atmosphäre</a> erzeugten Wellenfrontstörungen (genauer <a href="Phase_(Schwingung)" class="mw-redirect" title="Phase (Schwingung)">Phasenstörungen</a>) kompensieren. Vermessen wird dabei ein Leitstern oder ein durch einen Laser erzeugter <a href="K%C3%BCnstlicher_Leitstern" title="Künstlicher Leitstern">künstlicher Leitstern</a>.

</p><p>Ohne AO arbeiten alle <a href="Terrestrisch" title="Terrestrisch">erdgebundenen</a>, astronomischen Großteleskope des optischen Bereichs weit unter ihren theoretischen Möglichkeiten. Dies bedeutet z. B. für ein <a href="Spiegelteleskop" title="Spiegelteleskop">Spiegelteleskop</a> mit 10 m Öffnung, dass sein <a href="Aufl%C3%B6sungsverm%C3%B6gen" title="Auflösungsvermögen">Auflösungsvermögen</a> bzw. die Bildschärfe um einen Faktor 10–50 (je nach <a href="Wellenl%C3%A4nge" title="Wellenlänge">Wellenlänge</a>) schlechter ist als von der Teleskop-Optik vorgegeben. Die Beschränkung der Bildqualität liegt somit nicht am Teleskop, sondern an den thermisch-optisch turbulenten Luftschichten.

</p><p>Zur Korrektur dieser atmosphärischen Störungen (<a href="Seeing" title="Seeing">Seeing</a>) werden große Teleskope mit AO ausgerüstet. Auch in <a href="Sonnenteleskop" title="Sonnenteleskop">Sonnenteleskopen</a> wird diese Technik verwendet.<sup id="cite_ref-5" class="reference"><a href="#cite_note-5"><span class="cite-bracket">[</span>5<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> AO spielt aber auch bei der <a href="Laser" title="Laser">Laser</a>-Kommunikation oder der Laserstrahlführung durch die Atmosphäre oder in der militärischen Aufklärung eine bedeutende Rolle.

</p><p>In den letzten Jahren wird der Einsatz dieser Verfahren für die <a href="Mikroskopie" class="mw-redirect" title="Mikroskopie">Mikroskopie</a> und in der <a href="Augenheilkunde" title="Augenheilkunde">Augenheilkunde</a> vermehrt erforscht, um die Abbildungsfehler des menschlichen Auges zu kompensieren und entweder diagnostischen Verfahren eine bessere <a href="Aufl%C3%B6sung_(Physik)" class="mw-redirect" title="Auflösung (Physik)">Auflösung</a> zu ermöglichen, oder die menschliche Sehleistung zu verbessern.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Anwendung_bei_Laserschneidanlagen">Anwendung bei Laserschneidanlagen</h2></div>

<p>Ein weiteres Einsatzgebiet adaptiver Optiken sind Laserschneidanlagen mit <a href="Kohlendioxidlaser" title="Kohlendioxidlaser">Kohlendioxidlasern</a>. Da die Strahlführung über verfahrbare Spiegel erfolgt und nicht über <a href="Glasfaser" title="Glasfaser">Glasfasern</a>, ändert sich die Länge des Strahlenweges zwischen <a href="Laser" title="Laser">Laser</a> und <a href="Werkst%C3%BCck" title="Werkstück">Werkstück</a> je nach Position des Schneidkopfes. Um immer im <a href="Fokus" title="Fokus">Fokus</a> 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.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Anwendung_bei_Hochleistungs-Lasern">Anwendung bei Hochleistungs-Lasern</h2></div>

<p>Adaptive Optik wird bei Hochleistungs-Lasern eingesetzt, um unter anderem optische Abbildungsfehler durch „erhitzte“ Optiken zu kompensieren.

Beispiele sind die <a href="Petawatt_High_Energy_Laser_for_Heavy_Ion_Experiments" title="Petawatt High Energy Laser for Heavy Ion Experiments">PHELIX</a>-Laseranlage, der Vulcan-Laser, die europäische <a href="Extreme_Light_Infrastructure" title="Extreme Light Infrastructure">Extreme Light Infrastructure</a>, oder Laser die bei der Trägheits-Fusionsforschung (USA: <a href="National_Ignition_Facility" title="National Ignition Facility">National Ignition Facility</a>, China: Joint Laboratory on High Power Laser and Physics) eingesetzt werden.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Siehe_auch">Siehe auch</h2></div>

<ul><li><a href="Astronomische_Refraktion" title="Astronomische Refraktion">Astronomische Refraktion</a></li>

<li><a href="Saalrefraktion" title="Saalrefraktion">Saalrefraktion</a>, <a href="Seitenrefraktion" title="Seitenrefraktion">Seitenrefraktion</a></li>

<li><a href="Seeing" title="Seeing">Seeing</a></li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Literatur">Literatur</h2></div>

<ul><li><a href="Horace_Welcome_Babcock" title="Horace Welcome Babcock">H. W. Babcock</a>: <i>The Possibility of Compensating Astronomical Seeing</i>, Publications of the Astronomical Society of the Pacific, Vol. 65, No. 386, p.229, 1953, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<span class="uri-handle" style="white-space:nowrap"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1086/126606">10.1086/126606</a></span>, <a href="Bibcode" title="Bibcode">bibcode</a>:<a rel="nofollow" class="external text" href="https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1953PASP...65..229B">1953PASP...65..229B</a></li>

<li>John W. Hardy: <i>Adaptive Optics for Astronomical Telescopes</i>, Oxford University Press, 1998, ISBN 978-0-19-509019-2</li>

<li>François Roddier: <i>Adaptive optics in astronomy</i>, Cambridge Univ. Press, Cambridge 2004, ISBN 0-521-55375-X</li>

<li>Ulrich Wittrock: <i>Adaptive optics for industry and medicine</i>, Springer, Berlin 2005, ISBN 3-540-23978-2</li>

<li>Robert K.Tyson: <i>Principles of adaptive optics</i>, CRC Press, Third Edition, 2011, ISBN 978-1-4398-0858-0 (Hardback)</li>

<li>Martin J Booth: <i>Adaptive optical microscopy: the ongoing quest for a perfect image</i>, Light: Science & Applications (2014) 3, e165; <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<span class="uri-handle" style="white-space:nowrap"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1038/lsa.2014.46">10.1038/lsa.2014.46</a></span></li>

<li>Austin Roorda and Jacque L. Duncan: <i>Adaptive Optics Ophthalmoscopy</i>, Annual Review of Vision Science, Vol. 1: 19 -50 (Volume publication date November 2015), <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<span class="uri-handle" style="white-space:nowrap"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1146/annurev-vision-082114-035357">10.1146/annurev-vision-082114-035357</a></span></li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Weblinks">Weblinks</h2></div>

<div class="sisterproject" style="margin:0.1em 0 0 0;"><div class="noresize noviewer" style="display:inline-block; line-height:10px; min-width:1.6em; text-align:center;" aria-hidden="true" role="presentation"><span class="mw-default-size" typeof="mw:File"><span title="Commons"></span></span></div><b><span class=""><a class="external text" href="https://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Adaptive_optics?uselang=de"><span lang="en">Commons</span>: Adaptive optics</a></span></b> – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien</div>

<ul><li><a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.spektrum.de/lexikon/physik/adaptive-optik/188">Adaptive Optik im Lexikon der Physik</a></li>

<li><a rel="nofollow" class="external text" href="https://www2.mpia-hd.mpg.de/homes/hippler/AOonline/ao_online.html">Online Tutorial Adaptive Optik, Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg</a></li>

<li><a rel="nofollow" class="external text" href="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</a></li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Einzelnachweise">Einzelnachweise</h2></div>

/* start https://de.wikipedia.org/ */

.mw-parser-output .webarchiv-memento a{color:inherit}

/* end https://de.wikipedia.org/ */

</style><a rel="nofollow" class="external text" href="https://web.archive.org/web/20210729194159/https://www2.mpia-hd.mpg.de/~hippler/PhysikInUnsererZeitJan2005.pdf">Adaptive Optik – Der scharfe Blick ins All und ins Auge</a> (<span class="webarchiv-memento"><a href="Webarchivierung#Begrifflichkeiten" title="Webarchivierung">Memento</a></span> vom 29. Juli 2021 im <i><a href="Internet_Archive" title="Internet Archive">Internet Archive</a></i>), abgerufen am 6. Juli 2016</span>

</li>

<li id="cite_note-2"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-2">↑</a></span> <span class="reference-text">Quanquan Mu, Zhaoliang Cao, Lifa Hu, Dayu Li, and Li Xuan, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<span class="uri-handle" style="white-space:nowrap"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1364/OE.14.008013">10.1364/OE.14.008013</a></span>, Adaptive optics imaging system based on a high-resolution liquid crystal on silicon device, Opt. Express 14, 8013-8018 (2006)</span>

</li>

<li id="cite_note-3"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-3">↑</a></span> <span class="reference-text">Shirai, Tomohiro; Takeno, Kohei; Arimoto, Hidenobu; Furukawa, Hiromitsu, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<span class="uri-handle" style="white-space:nowrap"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1143/JJAP.48.070213">10.1143/JJAP.48.070213</a></span>, 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)</span>

</li>

<li id="cite_note-4"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-4">↑</a></span> <span class="reference-text">Kainan Yao, Jianli Wang, Xinyue Liu, and Wei Liu, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<span class="uri-handle" style="white-space:nowrap"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1364/OE.22.017216">10.1364/OE.22.017216</a></span>, Closed-loop adaptive optics system with a single liquid crystal spatial light modulator, Opt. Express 22, 17216-17226 (2014)</span>

</li>

<li id="cite_note-5"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-5">↑</a></span> <span class="reference-text"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://web.archive.org/web/20130218005843/http://nsosp.nso.edu/ao">Solar Adaptive Optics Project</a> (<span class="webarchiv-memento"><a href="Webarchivierung#Begrifflichkeiten" title="Webarchivierung">Memento</a></span> vom 18. Februar 2013 im <i><a href="Internet_Archive" title="Internet Archive">Internet Archive</a></i>) nsosp.nso.edu, abgerufen am 8. März 2013</span>

</li>

</ol></div><div><div class="zim-footer">

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