Aktiv optik

Aktiv optik är en teknik som använts för att skapa reflekterande teleskop sedan 1980 -talet [1] , som gör det möjligt att ändra formen på teleskopspegeln för att eliminera deformationer på grund av yttre påverkan (vind, temperatur, mekanisk påfrestning). Utan användning av aktiv optik skulle det vara omöjligt att skapa 8-meters och större teleskop.

Denna teknologi används på många teleskop, inklusive Northern Optical Telescope [2] , New Technology Telescope , Telescopio Nazionale Galileo och Keck-teleskop , såväl som stora teleskop som byggts sedan mitten av 1990-talet.

Aktiv optikteknik bör inte förväxlas med adaptiv optikteknik : den senare tillämpas på mindre tidsskalor och tillåter korrigeringar för atmosfärens påverkan.

Inom astronomi

De flesta moderna teleskop är reflektorer med en mycket stor primärspegel. Av historiska skäl gjordes huvudspeglarna ganska tjocka för att de skulle kunna behålla rätt ytform trots vindpåverkan och spegelns egen vikt. Därför fanns det en begränsning på spegelns maximala diameter, lika med 5-6 meter (se Hale-teleskopet vid Palomar-observatoriet ).

En ny generation teleskop byggda sedan 1980-talet har tunna, lätta speglar. Speglar är för tunna för att hålla sin form på egen hand, så en rad ställdon är fästa på baksidan av spegeln . Ställdonen verkar med olika kraft på olika delar av spegeln, vilket gör att den korrekta formen på spegelytan kan bibehållas när dess position i rymden ändras. Teleskopspegeln kan också bestå av flera segment, vilket eliminerar problemet med den stora vikten av en stor monolitisk spegel.

Kombinationen av ställdon, bildkvalitetsdetektorer och en dator som styr ställdonen för att producera bästa möjliga bild kallas ett aktivt optiksystem.

Konceptet med aktiv optik innebär att systemet bibehåller den optimala formen på spegeln (vanligtvis den primära), och kompenserar för förvrängningar orsakade av vind, spegelböjning, termisk expansion och deformation av teleskopets axlar. Det aktiva optiksystemet kompenserar för långsamt (på tidsskalor i storleksordningen sekunder) föränderliga förvrängningar.

Jämförelse med adaptiv optik

Aktiv optik ska inte förväxlas med adaptiv optik, som appliceras med kortare tidsintervall för att kompensera för atmosfärens påverkan på bildkvaliteten. Effekterna som kompenseras av aktiv optik (temperatur, gravitation) förändras långsammare (frekvensen är cirka 1 Hz) och har en större distorsionsamplitud. Adaptiv optik korrigerar för atmosfäriska distorsioner med så höga frekvenser som 100–1000 Hz ( Greenwood-frekvens , [4] beroende på våglängd och väderförhållanden). Dessa korrigeringar bör göras med högre frekvens, men de har en mindre amplitud. Adaptiva optiksystem använder därför mindre korrigeringsspeglar, som är separata speglar, inte nödvändigtvis i ljusets väg i teleskopet, utan kan vara sekundära speglar, [5] [6] tredje eller fjärde. [7] .

Andra användningsområden

Komplexa lasersystem och interferometrar kan också stabiliseras med liknande teknik.

En liten del av strålarna går förlorad när de passerar genom styrspeglarna; speciella dioder används för att mäta laserstrålens position och för att mäta dess riktning (i fokalplanet bakom linsen). Systemet kan göras mindre känsligt för buller med en PID-regulator . För pulsade lasrar måste regulatorn relateras till repetitionsfrekvensen. En kontinuerlig stråle kan användas för att tillhandahålla 10 kHz breda stabiliseringsband (mot vibrationer, luftturbulens, akustiskt brus) för lasrar med låg repetitionsfrekvens.

I vissa fall måste Fabry-Perot-interferometern modifieras för användning vid en viss våglängd. Reflekterat ljus extraheras med hjälp av en Faraday-effekt polariseringsplanrotationsanordning och en polarisator . Små förändringar i våglängden för den infallande strålningen som produceras av den akusto-optiska modulatorn , eller störning av en del av den infallande strålningen, ger information om huruvida interferometern är för lång eller för kort.

Långa optiska kaviteter är mycket känsliga för spegelinriktning. Du kan använda ett kontrollschema för att förbättra effektiviteten. Ett av kontrollalternativen är genomförandet av små rotationer av en av speglarna i slutet av enheten. Om rotationen sker i närheten av det optimala läget observeras inte effektfluktuationer.

Aktiv optik inom röntgenområdet använder deformerbara snedfallsspeglar. [åtta]

Se även

Anteckningar

  1. ↑ Hardy, John W. Aktiv optik: En ny teknik för styrning av ljus  (engelska)  : journal. - 1977. - Juni ( vol. Proceedings of the IEEE ). - S. 110 . - . Arkiverad från originalet den 22 december 2015.
  2. ↑ Andersen, T.; Andersen, T.; Larsen, OB; Ägare-Petersen, M.; Steenberg, K. (april 1992). Ulrich, Marie-Helene, red. Aktiv optik på det nordiska optiska teleskopet . ESO:s konferens- och workshopproceedings. Framsteg inom teleskop- och instrumentteknik. pp. 311-314. Bibcode : 1992ESOC...42..311A .
  3. ↑ ESO tilldelar kontrakt för E-ELT Adaptive Mirror Design Study . Arkiverad från originalet den 6 augusti 2020. Hämtad 25 maj 2012.
  4. ↑ Greenwood, Darryl P. Bandbreddsspecifikation för adaptiva optiksystem //  Journal of the Optical Society of America   : journal. - 1977. - Mars ( vol. 67 , nr 3 ). - S. 390-303 . - doi : 10.1364/JOSA.67.000390 . - .
  5. ↑ Riccardi, Armando; Brusa, Guido; Salinari, Piero; Gallieni, Daniele; Biasi, Roberto; Andrighettoni, Mario; Martin, Hubert M. Adaptiva sekundära speglar för det stora binokulära teleskopet  (engelska)  // Proceedings of the SPIE  : journal. - SPIE, 2003. - Februari ( vol. Adaptive Optical System Technologies II ). - s. 721-732 . - doi : 10.1117/12.458961 . - . Arkiverad från originalet den 23 augusti 2011.
  6. ↑ Salinari, P.; Del Vecchio, C.; Biliotti, V. (augusti 1994). En studie av en adaptiv sekundär spegel . ESO:s konferens- och workshopproceedings. Aktiv och adaptiv optik. Garching, Tyskland: ESO. pp. 247-253. Bibcode : 1994ESOC...48..247S .
  7. ↑ Crepy, B.; et al. (juni 2009). Den adaptiva M4-enheten för E-ELT . Första AO4ELT-konferensen – Adaptativ optik för extremt stora teleskop. Paris, Frankrike: EDP Sciences. Bibcode : 2010aoel.confE6001C . doi : 10.1051/ ao4elt /201006001 .
  8. ↑ Forskningspartnerskap avancerar röntgenstråle aktiv optik . adaptiveoptics.org (mars 2005). Hämtad 2 juni 2011. Arkiverad från originalet 11 mars 2007.

Länkar


  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk