从光学仪器角度来说，波长越短，望远镜的衍射极限分辨率越高，而且高灵敏度的成像相机也是可见波段的最为成熟，量子转化效率可高达90%,J波段（以1.6μm为中心）就要下降到50%以下，K波段（以2.2μm为中心）则低到不足30%,因此可见波段的成像观测很可能会触发现代天文学的更多突破。这个预言已经开始被证实：美国Starfire光学靶场的1.5m口径AO望远镜，借助激光引导星节省了目标在波前探测器上的分光能量，1997年就在可见光边缘I波段（700~900nm）清楚观测到海王星同温层云的旋转[9];2013年8月20日，APJ期刊正式报道了以美国亚利桑那大学为主的研究团队研制成功全球首个0.6~1.1μm可见光波段成像的585单元变形镜AO系统（VisAO），采样频率1kHz,已服役于坐落在智利阿塔卡马沙漠高处的6.5m口径麦哲伦II望远镜，依赖阿塔卡马地区0.5″的优良视宁度和部分幸运成像技术弥补了该变形镜单元数不足的缺陷，获得了最好为0.02″的分辨率，比配备了近红外AO系统的8~10m口径地基望远镜的成像分辨率提高2~3倍，比哈勃空间望远镜（无大气干扰）在相同波段的成像分辨率提高2.7倍，如图4,其中B2和B3双星在哈勃空间望远镜中只能勉强被识别，而在具有VisAO系统的6.5m麦哲伦II望远镜中被完全分开。这样的高分辨率可以用于观测年轻星云团中极低质量的褐矮星族形成，观测其中丰富的双星出没，测量这些褐矮星的半径速度与轨道弧度变化以证明它们互相吸引，从而理解至今还未解开的星体形成机理。看得出来，伴随着首个（对应望远镜口径大于5m）可见光波段天文成像AO系统的问世，令世人瞩目的天文学成果将迅速呈现出来。
国内的AO技术从中科院成都光电所起家，近十年逐渐形成广泛的研究趋势。中科院成都光电所应用于1.8m望远镜（云南天文台）的127单元变形镜（促动器间隔10mm,校正量±3μm,响应>2000Hz,探测器采样频率1000Hz），可以对应r0=15cm的较弱湍流和前35项Zernike模式的波前[10-11],根据2010年饶长辉在SPIE上的报道：J波段（以1.6μm为中心）校正后斯特列尔比从0.08提高到0.33（半高宽FWHM=0.21″），而I波段（700~1000nm）校正后斯特列尔比从0.02只提高到0.07（半高宽FWHM=0.11″）[11],说明该变形镜校正密度与I波段不相适应，因为斯特列尔比达到0.1以上才具备分辨图像的最低对比度。中科院长春光机所王建立的研究团队2009年突破了变形镜的制作技术，2010年研制出97单元变形镜，2011年又做出137单元变形镜，先后应用于1.23m望远镜，可以对应r0=10cm的中等湍流强度；2012年研制出961单元变形镜[12].
总的来说，变形镜的制作是国际顶尖制造技术，目前已经发展到极限水平，而且耗资巨大。世界上只有少数几个像CILAS公司、Xinetics公司才能承担天文望远镜上的自适应系统研制，而我国位于丽江最大的2.4m天文成像望远镜至今还未配备AO系统；使得国内的天文学研究几乎都限于光谱手段，而不涉及成像手段。
4自适应光学新技术---液晶AO技术的迅速突起及展望
正是由于可见光波段的大口径AO成像需求，90年代后期国际上出现了高驱动单元密度波前校正器的研究热潮。为突破制作难度，发明了MEMS变形镜，美国Xinetics公司目前已有48×48、64×64单元的MEMS变形镜产品，但至今还未有MEMS变形镜服役于大口径望远镜的报道，估计稳定性方面还存在问题。液晶波前校正器作为一种高单元密度的新型波前校正器件，自20世纪70年代开始就进入人们的视线。90年代国际上联合研制单台口径8.4m的大双筒望远镜（LargeBinocularTelescope,LBT）时，就曾探讨使用液晶波前校正器的可行性。随着TFT及LCOS液晶器件制作工艺的迅速发展，液晶波前校正器可以很容易实现数十万甚至上百万的高像素密度，且像素尺寸可以小到10~20μm,各象元独立驱动，通过相息图的衍射可以轻松实现10μm的波前位相校正量，而其位相的绝对调制量只须等于1λ（λ为校正波段的中心波长）。以往的研究结果表明，液晶的像素数只要达到传统变形镜驱动器数目的25倍就可获得同样的校正精度、达到64倍就能兼顾衍射能量效率[13],那么64万像素液晶波前校正器（相当1万单元变形镜）就可以满足10m级望远镜的校正密度要求。因此，基于液晶波前校正器的AO光学（LCAO）系统是21世纪天文观测领域非常有希望普及的系统。
有关液晶波前校正器，虽然稳定性良好，但由于响应速度慢（>10ms）、工作波段窄（600~700nm）的双重问题，一直处于探索研究中，而且在世界上也就只限于很少几个研究小组在做。其原因是，液晶物理是上世纪70年代刚刚兴起的新学科，到现在为止国内外还没有一本正规的教科书，虽然1973年诺贝尔奖获得者deGeness和印度科学家Chandrasekehar分别出版了一本液晶物理学，我国的液晶前辈谢毓章老先生1986年出版了中文的《液晶物理学》，但从事液晶物理研究的人数一直不多，这使得后来从事液晶应用研究的大多数人，对液晶物理的认识停留在不够确切不够规范化的文献报道层面。90年代TFT液晶显示器面市，许多人投入液晶的应用开发研究，但真正关心液晶物理问题的人并不多。这种状况造成液晶只能用于显示器而很难用于其它领域的错觉，使得液晶波前校正器的响应速度与稳定性的矛盾长时间没有人去攻克。另外液晶波前校正器驱动密度相对变形镜增大数十倍使波前探测数据处理与传输时间也大幅延长，导致误差抑制-3dB带宽很难高于30Hz.这意味着高于30Hz（格林伍德频率）的大气湍流都无法校正，而一般天文台站的大气湍流总要接近40Hz或高于40Hz;还有受响应速度限制，液晶波前校正器位相调制量（=1λ）一般小于1μm,限定校正波段只能在波长较短的I波段（700~950nm），在红外波段由于位相调制量需大幅增加致使液晶波前校正器响应速度大幅下降而不能满足要求。估计这些障碍也是90年代8.4mLBT望远镜没有采用液晶波前校正器的原因。
液晶自适应光学（LCAO）技术里程碑式的进展要属2002年美国应用技术协会与空军实验室获得的结果[14].他们采用双频液晶材料制备出了响应时间约0.8ms的快速液晶波前校正器，使AO光学系统误差抑制-3dB带宽达到40Hz（对应闭环校正频率~280Hz,即探测环节到校正完成的延时为3.57ms）；该系统在毛伊岛观测站与一个等效通光口径1.12m的望远镜对接，在700~950nm可见光边缘I波段，大气相干长度约15cm、湍流格林伍德频率约40Hz的良好大气条件下，对400km轨道上的国际空间站进行了AO成像观测，获得了如图5所示的国际空间站太阳能帆板清晰图像。该结果首次证明了LCAO的速度能够提高到应用于望远镜成像水平。但是，这个结果中也存在很多缺陷，如双频液晶需要高频、高压驱动（30V/38kHz），因此该液晶校正器不能与成熟的大规模集成电路匹配，像元数只做出127个；由于像元数少，衍射效率低，干脆放弃相息图技术，而采用分立镜的较低级校正模式，位相条质量只有1.8μm;该系统还没有考虑能量利用率问题，从探测到校正成像两部分能量都来源于700~950nm波段，分别为该波段的P偏振光和S偏振光，因此观测对象选择了很亮的零视星等的国际空间站。
尽管如此，基于美国的这一进步，国际上许多研究组开展了双频液晶波前校正器的研究。2003年美国BNS公司报道了256×256高密度像素（>65000）、亚毫秒响应时间的双频液晶波前校正器[15];2005年美国应用技术协会的研究组改进了液晶校正器的电子学接口，驱动信号传输速度大幅提高，可使系统的误差抑制-3dB带宽提高到70Hz[16],但未做成像实验。然而，双频液晶波前校正器的技术水平强烈依赖于高压高频集成电路技术的发展[17-18],而这种技术即使在美国也不成熟。尽管美国BNS公司、RockwellScientif-ic公司、MeadowlarkOptics公司以及英国的Durham大学一直在坚持双频液晶波前校正器的研发，由于西方经济近10年整体疲软，这方面的研发经费投入不足，因此，没有再看到双频液晶的AO成像进展报道。不过美国BNS公司、德国HoloEye公司、MeadowlarkOptics公司、日本滨松公司都在坚持液晶波前校正器的产品研发，其中性能指标与价格最高的液晶波前校正器是美国BNS公司研发的产品。美国BNS公司可出售的最快的液晶波前校正器，响应时间略小于5ms,而相对望远镜上的天文观测应用需要亚毫秒才行。
本研究团队具有液晶物理与液晶材料研发的基础，因此2002年抓住能匹配8~10m大口径的LCAO系统的热点研究契机，拟解决其速度慢和能量利用率低的问题。研究组认为，双频液晶虽然速度快，但对温度敏感，要求工作环境苛刻；更重要的是国内不具备双频高压的集成电路技术；因此应该绕开双频液晶波前校正器的技术壁垒，另辟蹊径，采用能与大规模集成电路匹配的向列相液晶材料（液晶显示器中所用的同类材料），研究出提高其响应速度以及LCAO系统能量利用率的途径。
