Активная оптика
Активная оптика — это технология , используемая в телескопах-рефлекторах, разработанная в 1980-х годах. [1] телескопа, который активно формирует зеркала чтобы предотвратить деформацию из-за внешних воздействий, таких как ветер, температура и механическое напряжение. Без активной оптики строительство телескопов 8-метрового класса невозможно, равно как и телескопы с сегментированными зеркалами.
Этот метод используется, в частности, Северным оптическим телескопом . [2] Телескоп Новой Технологии , Telescopio Nazionale Galileo и телескопы Кека , а также все крупнейшие телескопы, построенные с середины 1990-х годов.
Активную оптику не следует путать с адаптивной оптикой , которая работает в более короткие сроки и корректирует атмосферные искажения.
В астрономии [ править ]
Большинство современных телескопов представляют собой рефлекторы, основным элементом которых является очень большое зеркало . Исторически сложилось так, что основные зеркала были довольно толстыми, чтобы сохранять правильную форму поверхности, несмотря на силы, стремящиеся ее деформировать, такие как ветер и собственный вес зеркала. Это ограничило их максимальный диаметр до 5 или 6 метров (200 или 230 дюймов), как у обсерватории Паломарской телескопа Хейла .
В новом поколении телескопов, построенных с 1980-х годов, вместо этого используются тонкие и легкие зеркала. ряд приводов Они слишком тонкие, чтобы жестко сохранять правильную форму, поэтому к задней стороне зеркала прикреплен . Приводы прикладывают переменные силы к корпусу зеркала, чтобы поддерживать правильную форму отражающей поверхности при изменении положения. Телескоп также можно разделить на несколько зеркал меньшего размера, что уменьшает провисание из-за веса, которое возникает у больших монолитных зеркал.
Комбинация исполнительных механизмов, детектора качества изображения и компьютера для управления исполнительными механизмами для получения наилучшего изображения называется активной оптикой .
Название «активная оптика» означает, что система сохраняет зеркало (обычно главное) в оптимальной форме от воздействия внешних сил, таких как ветер, провисание, тепловое расширение и деформация оси телескопа. Активная оптика компенсирует искажающие силы, которые изменяются относительно медленно, примерно в течение нескольких секунд. Таким образом, телескоп активно неподвижен в своей оптимальной форме.
Сравнение с адаптивной оптикой [ править ]
Активную оптику не следует путать с адаптивной оптикой , которая работает в гораздо более коротком временном масштабе для компенсации атмосферных эффектов, а не деформации зеркала. Воздействия, которые компенсирует активная оптика (температура, гравитация), по природе своей медленнее (1 Гц) и имеют большую амплитуду аберраций. Адаптивная оптика же корректирует атмосферные искажения, влияющие на изображение на частоте 100–1000 Гц ( частота Гринвуда , [4] в зависимости от длины волны и погодных условий). Эти поправки должны быть намного быстрее, но и иметь меньшую амплитуду. Из-за этого в адаптивной оптике используются корректирующие зеркала меньшего размера . Раньше это было отдельное зеркало, не интегрированное в световой путь телескопа, но сейчас это может быть второе зеркало . [5] [6] третий или четвертый [7] зеркало в телескопе.
Другие приложения [ править ]
Сложные лазерные установки и интерферометры также можно активно стабилизировать.
Небольшая часть луча просачивается через зеркала управления лучом, и четырехквадрантный диод используется для измерения положения лазерного луча, а другой в фокальной плоскости за линзой используется для измерения направления. Систему можно ускорить или сделать более помехоустойчивой, используя ПИД-регулятор . Для импульсных лазеров контроллер должен быть привязан к частоте повторения. Непрерывный (неимпульсный) пилотный луч может использоваться для обеспечения стабилизации полосы пропускания до 10 кГц (против вибраций, турбулентности воздуха и акустического шума) для лазеров с низкой частотой повторения.
Иногда интерферометры Фабри – Перо необходимо отрегулировать по длине, чтобы они могли проходить заданную длину волны. Поэтому отраженный свет извлекается с помощью вращателя Фарадея и поляризатора . Небольшие изменения падающей длины волны, генерируемые акустооптическим модулятором или интерференцией части входящего излучения, дают информацию о том, является ли Фабри Перо слишком длинным или слишком коротким.
Длинные оптические резонаторы очень чувствительны к юстировке зеркал. Схема управления может использоваться для пиковой мощности. Одна из возможностей — выполнять небольшие вращения с помощью одного торцевого зеркала. Если это вращение находится в оптимальном положении, колебаний мощности не происходит. Любое колебание направления луча можно устранить с помощью упомянутого выше механизма управления лучом.
рентгеновская активная оптика с использованием активно деформируемых зеркал скользящего падения. Также исследуется [8]
См. также [ править ]
- Адаптивная оптика – более быстрая технология для меньших аберраций.
- Телескоп
- Активная поверхность – аналогичная технология для радиотелескопов.
- Список деталей и конструкции телескопа
Ссылки [ править ]
- ^ Харди, Джон В. (июнь 1977 г.). «Активная оптика: Новая технология управления светом» . Труды IEEE . Труды IEEE. 66 : 110. Бибкод : 1978IEEP..66..651H . Архивировано из оригинала 22 декабря 2015 г. Проверено 1 июня 2011 г.
- ^ Андерсен, Т.; Андерсен, Т.; Ларсен, О.Б.; Владелец-Петерсен М.; Стинберг, К. (апрель 1992 г.). Ульрих, Мари-Элен (ред.). Активная оптика Северного оптического телескопа . Материалы конференции и семинара ESO. Прогресс телескопических и приборостроительных технологий. стр. 311–314. Бибкод : 1992ESOC...42..311A .
- ^ «Контракт ESO Awards на исследование конструкции адаптивного зеркала E-ELT» . Объявления ESO . Проверено 25 мая 2012 г.
- ^ Гринвуд, Дэррил П. (март 1977 г.). «Спецификация пропускной способности систем адаптивной оптики» (PDF) . Журнал Оптического общества Америки . 67 (3): 390–393. Бибкод : 1977JOSA...67..390G . дои : 10.1364/JOSA.67.000390 .
- ^ Риккарди, Армандо; Бруса, Гвидо; Салинари, Пьеро; Галлиени, Даниэле; Биази, Роберто; Андригеттони, Марио; Мартин, Хьюберт М. (февраль 2003 г.). Визинович, Питер Л; Боначчини, Доменико (ред.). «Адаптивные вторичные зеркала для Большого бинокулярного телескопа» (PDF) . Труды SPIE . Технологии адаптивных оптических систем II. 4839 : 721–732. Бибкод : 2003SPIE.4839..721R . CiteSeerX 10.1.1.70.8438 . дои : 10.1117/12.458961 . S2CID 124041896 . Архивировано из оригинала (PDF) 23 августа 2011 г.
- ^ Салинари, П.; Дель Веккьо, К.; Билиотти, В. (август 1994 г.). Исследование адаптивного вторичного зеркала . Материалы конференции и семинара ESO. Активная и адаптивная оптика. Гархинг, Германия: ESO. стр. 247–253. Бибкод : 1994ESOC...48..247S .
- ^ Крепи, Б.; и др. (июнь 2009 г.). Адаптивный блок M4 для E-ELT . 1-я конференция AO4ELT – Труды адаптивной оптики для сверхбольших телескопов. Париж, Франция: EDP Sciences. Бибкод : 2010aoel.confE6001C . дои : 10.1051/ao4elt/201006001 .
- ^ «Исследовательское партнерство продвигает рентгеновскую активную оптику» . www.adaptiveoptics.org . Март 2005. Архивировано из оригинала 11 марта 2007 года . Проверено 2 июня 2011 г. Альтернативный URL