光在大氣中傳播時(shí)，受大氣折射率變化的影響，其波前會產(chǎn)生動態(tài)畸變，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致其經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)所成的像斑出現(xiàn)模糊、抖動的現(xiàn)象。因此，暴露在大氣中的光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)際分辨率難以達(dá)到甚至低于其光學(xué)分辨率。對于這種情況，進(jìn)行實(shí)時(shí)地波前校正是提升該光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)際分辨率的關(guān)鍵。目前的波前校正技術(shù)從目標(biāo)上可分為以波前補(bǔ)償為目標(biāo)的傳統(tǒng)自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)和以提升像面清晰度為目標(biāo)的無波前傳感自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)。前者為實(shí)時(shí)檢測校正，但硬件復(fù)雜高，技術(shù)難度大；后者的結(jié)構(gòu)相對簡單，但校正帶寬不足，通常難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)校正。 

中國科學(xué)院院士、中科院南京天文光學(xué)技術(shù)研究所研究員崔向群團(tuán)隊(duì)提出了基于衍射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的、全光學(xué)的波前校正系統(tǒng)——衍射自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)（Diffractive Adaptive Optics System，DAOS）（圖1），或能實(shí)現(xiàn)對波前誤差在某區(qū)間內(nèi)的畸變波前的光速校正。該系統(tǒng)僅由多層順序排列的衍射板組成，被放置于像面之前，通過所有衍射單元的協(xié)作來完成對匯聚光束的波前校正。不同厚度的衍射單元為其透射光引入不同的相位調(diào)制，而所有衍射單元的厚度均是事先在電腦上針對大量的、波前誤差在某區(qū)間內(nèi)呈正態(tài)分布的畸變波前，采用深度學(xué)習(xí)的方法訓(xùn)練得到。訓(xùn)練結(jié)束后，采用3D打印、激光直寫或者半導(dǎo)體刻蝕等工藝將衍射板制作并組裝成型，該系統(tǒng)可對訓(xùn)練區(qū)間內(nèi)的畸變波前實(shí)現(xiàn)光速的波前校正。目前，衍射自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的概念已得到模擬驗(yàn)證。圖2顯示了深度學(xué)習(xí)輸入的波前訓(xùn)練集和測試集，圖3顯示了針對工作波長0.55 μm、60 cm口徑、焦比45的望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)的衍射自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的6個(gè)衍射層。模擬表明，該系統(tǒng)可較好地改善大氣湍流造成的像質(zhì)下降（圖4、5）。相關(guān)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證正在籌備中。 

圖1.衍射自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的概念圖 

圖2.（A）數(shù)據(jù)集中波前的波前誤差和數(shù)量分布；（B）各視場的畸變波前的生成方法示意圖 

圖3.針對工作波長0.55 μm、60 cm口徑、焦比45的望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)的可同時(shí)校正0.0”、0.231”視場的衍射自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的6個(gè)衍射層

圖4.0.0”和0.231”視場的單星模擬成像 

圖5.近鄰雙星（分別位于0.0”和0.231”視場）模擬成像

相關(guān)研究成果發(fā)表在Optics Express上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金與江蘇省自然科學(xué)基金的支持。 

論文鏈接：http://dx.doi.org/10.1364/OE.478492