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光学系统可以分为被动光学和主动光学；被动光学，就是不能主动改变系统来调节改善图像质量的光学，例如近视眼镜等，如果需要提高图像的清晰度，那就要通过机械的方式，譬如打磨光学元件或者直接更换元器件等来实现，这相对比较麻烦，这也是最基础的光学系统。
而主动光学就是通过在光学系统中简单添加一些可修正的光学部件，然后通过调整这些修正部件来提升图像质量，例如照相机的调焦功能和人们的眼睛。
图1. 照相机对焦原理
自适应光学是一种能够有效解决动静态误差过大、成像质量较差的光学系统，这也算是主动光学的一种。
图2. 自适应光学系统原理图
为了能够让我们看得更加清楚，排除一些不必要的扰动和误差，引入了自适应光学系统，从而得到了清晰的图像，例如图2的望远镜系统。
在这里必须要引入一个光学概念：波前。所谓 波前就是电磁波在传输过程中，达到某一个位置时各个点（振动相位一致）组成的波阵面，波阵面按照曲面面型的不同有球面波（点光源）、平面波等之分。如果波经过理想的光学系统，那么波前相位是不会发生畸变的，也就是成像质量不会变模糊，但是由于大气湍流、非理想的光学器件等因素，导致最后望远镜接收到的图像是不可辨识的，如果波前改变仅像图3（a）那样，我们也还可以通过调焦来实现，那么如图3（b）的情况，则真正需要自适应光学系统来改善图像质量。
图3. 不规则波前造成模糊成像
实现装置
自适应光学系统由波前探测器、波前控制器、波前校正器组成。
波前探测器
波前探测器，主要是探测光的波前畸变，其常用的类型有Hartmann-Shack 传感器、剪切干涉仪和曲率传感器等。本文仅以常用的Hartmann-Shack 传感器为例进行介绍，该传感器由透镜阵列和CCD相机组成，通过透镜阵列对波前进行分割采样,每个子孔径范围内的波前倾斜将使单元透镜的聚焦光斑产生横向漂移,测量光斑中心在两个方向上相对于用平行光标定的基准位置的漂移量,从而求出各子孔径范围内的波前在两个方向上的平均斜率，如图4所示。
图4. Hartmann-Shack传感器原理
波前控制器对于自适应光学系统来说就如同计算机的CPU， 通过波前探测器得到的波前斜率，经过一系列算法解算出波前相位，然后通过控制系统反馈给波前校正器改变变形镜的各子模块来补偿畸变波前，提高图像精度。
图5. 变形镜驱动与哈特曼子孔径的布局关系
所以，自适应光学系统通常也简单地称之为变形镜。而波前校正器其实就是在变形镜上安装多个压电陶瓷制成的驱动器，用来改变不同子孔径的姿势，从而改变反射光束的方向，达到校正波前的目的。
波前校正器—变形镜
变形镜是一种独特的波前矫正器，它是由一套驱动控制器和变形镜器件组成的伺服系统，根据使用的要求，可以设计成开环或闭环控制模式，由于已经采用波前探测器作为光闭环传感器，大多数自适应光学应用场合，多采用开环变形镜。
变形镜对波前波形的调整，通常采用两种方法：
1.改变光波前传输光程；
2.改变传输媒质折射率；
其设计目标为：矫正波面相位。
1953年，美国科学家Babcock首次提出，用闭环矫正波前误差的方法拉补偿天文视宁度；经过几十年的发展，出现了多种变形镜的实现方式。
变形镜分为以下种类：
分离促动器连续表面变形镜、拼接子镜变形镜、薄膜变形镜、双压电片变形镜、微电子机械系统（MEMS）、基于液晶技术的空间光调制器、自适应次镜
压电陶瓷分离促动器连续表面变形镜
原理（逆压电效应）：当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失。
图6. 压电堆栈致动器原理
致动器由多层反方向极化的压电片堆叠而成，单个压电片在电场下变形：
ΔL=d33V
d33为压电系数，ΔL为形变量，V为施加电压；
采用叠堆形式的变形量为：
ΔL=nd33V
d33典型值为3.7*10-10m/V；1μm ←→ 2.7kV
压电陶瓷在外场作用下的形变也可发生在与电场垂直的方向，此时
Δz=d31ErL
d31为压电常数，典型值为-1.7*10-10m/V。
常用锆钛酸铅Pb（Zr,Ti）O3制成的致动器称为PZT。
图7. 分离促动器连续表面变形镜结构图
致动器长度改变引起镜面局部面型发生类似高斯函数的形变，整体镜面面型变化可简化为：
ri(x,y)=ΣViri(x,y)
Vi为施加给第i个致动器的电压，ri(x,y)为第i个致动器处镜面的响应函数。
压电陶瓷分离促动器连续镜面变形镜在目前所有变形镜种类中，是技术最成熟，可靠性最高，工作带宽最高的特殊产品，未来会进一步向小间距，高密度促动器排布的方向发展。
自适应光学的应用
天体观测方面的应用
通过把自适应光学系统结合到地面的天文望远镜上，从而提高成像精度，是目前自适应光学在天体观测领域的主要应用方式。
图8. 天文望远镜
生物成像方面的应用
在生物成像尤其是人眼视网膜成像方面，利用自适应光学大大增强了我们对视觉细胞的观测程度。
图9. 自适应扫描光场显微镜
激光武器方面的应用
激光武器追求的是能量密度，把激光聚焦到足够小的面积上从而产生破坏性效果，美国军方就采用了自适应光学的方式将几束激光聚焦到足够小的面积上来制成激光武器，而且这也大大降低了激光武器的成本；在发展战术激光武器的研究中发现，战术激光武器存在一系列技术难题，其中，高功率激光大气传输是一个重要问题，需要采取一定技术途径对大气传输进行补偿；典型的高能激光武器系统除了光束定向、远场聚焦外，还需要自适应光学系统对发射的HEL进行波前修正。
图10. 自适应激光武器
激光核聚变方面的应用
人类的能源从根本上说来自核聚变反应，即发生在太阳上的“轻核聚变”。人类已经在地球上实现了不可控的热核反应，即氢弹爆炸。要获得取之不尽的新能源，必须使这一反应在可控条件下持续地进行。在此领域，其中一条技术路线于20世纪60年代初提出。它的基本原理是把强大的激光束聚焦到热核材料制成的微型靶丸上，在瞬间产生极高的高温和极大的压力，被高度压缩的稠密等离子体在扩散之前，即完成全部核反应，这就是“惯性约束聚变”（ICF）。
图11. 神光III原型装置
神光装置是当前我国规模最大、国际上为数不多的高性能高功率钕玻璃激光装置。它在规模上处于世界上正在运行的同类装置的第四位，2000年运行以来性能稳定，光束质量及运行输出指标要求已与当今国际高水平的大型激光驱动器光束输出质量水平相当，具备了高水平运行的综合技术能力。
众所周知，神光系列装置是一个非常庞大且复杂的光学系统，会有非常多的光学元器件，那么激光自然经过这些光学元件后，或多或少都会因为元器件表面的加工误差和材料的不均匀性导致聚焦光斑弥散，所以就需要自适应光学系统来校正系统的波前，从而提高能量集中度，完成打靶工程。
光刻机的应用
随着半导体技术的飞速发展，芯片生产已经往3nm领域挺进了，那么在光刻过程中，所使用的激光也必须往极紫外方向发展；波长越短，光束的干涉现象越严重，这样的光束不经整形的话，是无法加工出合格的产品的。在光刻领域，自适应光学系统可以通过可控或高频随机的方式，优化光束质量，同时调整光束平行度，使到达曝光系统的激光平行、均匀，满足加工需求。
图12. 光刻机简易原理
产品介绍—37单元压电变形镜
图13. 37单元压电变形镜产品图
变形镜组件包括固定安装座、致动机构（压电陶瓷），反射镜，预紧机构等。
驱动控制器包括FPGA信号处理电路、A/D转换电路、D/A转换电路、通讯接口电路、数字供电电路、模拟供电电路等。
主要技术指标
