Optyka aktywna - Active optics

Siłowniki optyki aktywnej Gran Telescopio Canarias .

Optyka aktywna jest technologia stosować odzwierciedla teleskopów opracowane w latach 1980, które aktywnie kształtuje teleskopu lustra , aby zapobiec deformacji pod wpływem czynników zewnętrznych takich jak wiatr, temperatura, oddziaływania mechaniczne. Bez optyki aktywnej budowa teleskopów klasy 8 metrów nie jest możliwa, podobnie jak teleskopy ze zwierciadłami segmentowymi.

Metodę tę wykorzystują m.in. Nordic Optical Telescope , New Technology Telescope , Telescopio Nazionale Galileo i teleskopy Kecka , a także wszystkie największe teleskopy budowane od połowy lat 90-tych.

Optyki aktywnej nie należy mylić z optyką adaptacyjną , która działa w krótszym czasie i koryguje zniekształcenia atmosferyczne.

W astronomii

Prototyp części systemu wsparcia adaptacyjnego E-ELT .

Większość nowoczesnych teleskopów to reflektory, przy czym podstawowym elementem jest bardzo duże lustro . Historycznie rzecz biorąc, zwierciadła główne były dość grube, aby utrzymać prawidłową figurę powierzchni pomimo sił, które miały tendencję do jej deformacji, takich jak wiatr i ciężar własny lustra. Ta ograniczona ich średnicy maksimum 5 albo 6 metrów (200 cali) lub 230, takie jak Palomar Monitorowania jest Hale teleskopu .

Nowa generacja teleskopów budowana od lat 80. wykorzystuje zamiast tego cienkie, lżejsze lustra. Są zbyt cienkie, aby utrzymać sztywną konstrukcję we właściwym kształcie, dlatego szereg siłowników jest przymocowany do tylnej strony lusterka. Siłowniki przykładają zmienne siły do ​​korpusu lustra, aby utrzymać powierzchnię odbijającą we właściwym kształcie po zmianie położenia. Teleskop może być również podzielony na wiele mniejszych zwierciadeł, które zmniejszają ugięcie spowodowane ciężarem, który występuje w przypadku dużych, monolitycznych zwierciadeł.

Połączenie siłowników, detektora jakości obrazu oraz komputera sterującego siłownikami w celu uzyskania możliwie najlepszego obrazu nazywamy optyką aktywną .

Nazwa optyka aktywna oznacza, że ​​system utrzymuje zwierciadło (zazwyczaj pierwotne) w optymalnym kształcie, chroniąc przed siłami środowiskowymi, takimi jak wiatr, ugięcie, rozszerzalność cieplna i deformacja osi teleskopu. Aktywna optyka kompensuje siły zniekształcające, które zmieniają się stosunkowo wolno, mniej więcej w sekundach. Teleskop jest więc aktywnie nieruchomy, w optymalnym kształcie.

Porównanie z optyką adaptacyjną

Optyki aktywnej nie należy mylić z optyką adaptacyjną , która działa w znacznie krótszej skali czasowej w celu kompensacji efektów atmosferycznych, a nie deformacji lustra. Oddziaływania, które kompensuje optyka aktywna (temperatura, grawitacja) są z natury wolniejsze (1 Hz) i mają większą amplitudę aberracji. Optyka adaptacyjna koryguje natomiast zniekształcenia atmosferyczne, które wpływają na obraz przy częstotliwości 100–1000 Hz ( częstotliwość Greenwooda , w zależności od długości fali i warunków pogodowych). Te poprawki muszą być znacznie szybsze, ale mają też mniejszą amplitudę. Z tego powodu optyka adaptacyjna wykorzystuje mniejsze zwierciadła korekcyjne . Kiedyś było to osobne zwierciadło nie zintegrowane z drogą światła teleskopu, ale obecnie może to być drugie , trzecie lub czwarte zwierciadło w teleskopie.

Inne aplikacje

Skomplikowane ustawienia lasera i interferometry można również aktywnie stabilizować.

Niewielka część wiązki przechodzi przez zwierciadła sterujące wiązką, a czterokwadrantowa dioda służy do pomiaru położenia wiązki laserowej, a druga w płaszczyźnie ogniskowej za soczewką służy do pomiaru kierunku. System można przyspieszyć lub uczynić bardziej odpornym na zakłócenia za pomocą regulatora PID . W przypadku laserów impulsowych sterownik powinien być ustawiony na częstotliwość powtarzania. Ciągła (niepulsacyjna) wiązka pilotująca może być użyta, aby umożliwić stabilizację o szerokości pasma do 10 kHz (przeciwko wibracjom, turbulencjom powietrza i hałasowi akustycznemu) dla laserów o niskiej częstotliwości powtarzania.

Czasami interferometry Fabry'ego-Pérot'a muszą być dostosowane pod względem długości, aby przejść daną długość fali. Dlatego odbite światło jest wydobywane za pomocą rotatora Faradaya i polaryzatora . Niewielkie zmiany długości fali padającej generowane przez modulator akustyczno-optyczny lub interferencja z ułamkiem wchodzącego promieniowania dostarczają informacji, czy Fabry Perot jest za długi, czy za krótki.

Długie wnęki optyczne są bardzo wrażliwe na ustawienie lustra. Obwód sterujący może służyć do szczytowej mocy. Jedną z możliwości jest wykonywanie małych obrotów z jednym lustrem końcowym. Jeśli ten obrót jest w pobliżu optymalnej pozycji, nie występują oscylacje mocy. Wszelkie drgania kierunkowe wiązki można usunąć za pomocą wspomnianego powyżej mechanizmu sterowania wiązką.

Badana jest również aktywna optyka rentgenowska , wykorzystująca aktywnie odkształcalne lustra padające.

Zobacz też

Bibliografia

Linki zewnętrzne