Atmosphärische Turbulenz – Brechungsindex-Schwankungen durch Temperatur- und Dichtegradienten – beeinträchtigt die optische Bildgebung und die freie Raumkommunikation. Drei Hauptminderungstechnologien begegnen dieser Herausforderung.
1. Adaptive Optik (AO)
- Wavefront-Sensor (Shack-Hartmann, Pyramide) misst die Verzerrung.
- Deformierbarer Spiegel (MEMS, piezoelektrisch) trägt konjugierte Korrektur auf.
- Echtzeit-Regelkreis (kHz-Bandbreite).
- Anwendungen: bodengebundene Astronomie (Keck, VLT, ELT), Netzhautbildgebung, Laserkommunikation, gerichtete Energie.
2. Atmosphärische Dispersionskorrektur (ADC)
- Wellenlängenabhängige Brechung spreizt Farben vertikal (Prismeneffekt).
- Gegenrotierende Prismen oder Amici-Prismen kompensieren.
- Kritisch für hochauflösende Planetenbildgebung und Spektroskopie.
3. Raumfilterung und Nachbearbeitung
- Speckle-Interferometrie: Kurze Belichtungen + Bispektrumanalyse → difraktionsbegrenzte Rekonstruktion.
- Lucky Imaging: Schärfste Frames aus Hochgeschwindigkeitsvideo auswählen; ausrichten und stapeln.
- Phasendiversität / Dekonvolution: Komputerische Schätzung der Pupillenphase.
- Multi-frame blind deconvolution (MFBD): Gemeinsame Objekt-/Phase-Wiederherstellung.
Freiraumoptische Kommunikation (FSO)
- AO + adaptive Modulation/Codierung + räumliche Diversität (mehrere Blenden).
- Reduziert Scintillation-Verblendung, Strahlenwanderung und Verlust.
Einschränkungen
- Isoplanatischer Winkel (AO-Korrektur nur über kleines Feld gültig).
- Leitsternhelligkeit (natürlicher oder Laser-Leitstern benötigt).
- Latenz vs. Greenwood-Frequenz.
Integration von Hardware (AO, ADC) und rechnerischen Methoden treibt auf difraktionsbegrenzte Leistung durch Turbulenz hin.
