А. Токовинин

Лекции по адаптивной оптике

http://www.ctio.noao.edu/~atokovin/tutorial/

Перевод с английского В.Д. Попова под ред. А.А. Токовинина

Введение

Настоящие лекции написаны с целью дать инженерам и другим заинтересованным людям начальные знания в области адаптивной оптики (АО), учитывая дефицит их времени и не погружаясь в глубины теории. Будут даны только те формулы, которые полезны для оценки характеристик систем или необходимы при их разработке. Даны определения использующихся терминов, примеры и задачи, способствующие пониманию основных принципов.

Где ещё можно получить информацию?

Лекции по АО в сети Интернет:

ESO.
The Imperial College.
CFHT (а также обзор по АОС, использующимся в мире)

Книги:


 


ПЛАН ЛЕКЦИЙ

0. ВВЕДЕНИЕ . Принцип адаптивно-оптической компенсации, основные части АО системы.

1. АТМОСФЕРНАЯ ТУРБУЛЕНТНОСТЬ. Формирование изображений через турбулентность: размер изображения и коэффициент Штреля. Важнейшие параметры, описывающие фазовые возмущения и качество изображения. Турбулентность по Колмогорову. Временная эволюция и угол изопланатизма. Статистические свойства мод Цернике.

2. КОРРЕКЦИЯ ВЛИЯНИЯ ТУРБУЛЕНТНОСТИ. Частично исправленные изображения. Деформируемые зеркала, их разновидности и характеристики. Зависимость качества коррекции от числа актюаторов. Аспекты процесса управления: ширина полосы разомкнутой и замкнутой сиистемы управления, частота и стабильность цепи обратной связи.

3. ДАТЧИКИ ВОЛНОВОГО ФРОНТА. Принцип и реализация датчика типа Шака-Гартмана и датчика кривизны. Фотонный шум. Другие типы датчиков (интерферометр сдвига, пирамида и т.д.).

4. ЛАЗЕРНЫЕ ОПОРНЫЕ ЗВЕЗДЫ (ЛОЗ) Два типа ЛОЗ (релеевские и натриевые). Эффект фокусировки. Неопределенность наклона и её решение. Лазеры для натриевых ЛОЗ. Проблемы функционирования.

5. МНОГОСОПРЯЖЁННАЯ АО. Увеличение исправленного поля зрения при более чем одном деформируемом зеркале. Атмосферная томография. Средства для изучения многоконтурных АО систем. Проект многоконтурной АО системы на Джемини.

Принцип адаптивной оптической системы.


 

Общая схема АО системы представлена на Рисунке (заимствовано: Imperial College). Турбулентность корректируется с помощью эластичного или деформируемого зеркала (ДЗ) расположенного в параллельном пучке выходного зрачка телескопа. Сигнал для управления ДЗ получается от датчика волнового Фронта (ДВФ), который измеряет в реальном времени оптические аберрации, остающиеся после коррекции. Следящая система старается получить нулевые аберрации, непрерывно подстраивая форму ДЗ.
Свет, использующийся для определения аберраций, приходит от опорной звезды, которая может быть как естественной (т.е. наблюдаемым объектом), так и искусственной, созданной лазерным лучом. Свет от исследуемого научного объекта также корректируется ДЗ, но он направляется на аппарат исследователя (например, фотокамеру). Часто свет делится в зависимости от длины волны: красная часть спектра поступает на ДВФ, инфракрасная - на аппарат исследователя.


  Пояснения к рисунку:
Science object - Научный объект
Reference star - Опорная звезда
Atmosphere - Атмосфера
Turbulence - Турбулентность
Collimating optics - Коллимирующая оптика
Telescope aperture - Апертура телескопа
Phase corrector - Фазовый корректор
Corrector control signal - Сигнал управления корректором
Control algoritm - Алгоритм управления
Wavefront signal - Сигнал датчика волнового фронта
Wavefront sensor - Датчик волнового фронта
Science camera - Аппарат исследователя
 


Типичные параметры АО систем:


AO images

Звездные изображения, полученные на 10-м телескопе Keck с коррекцией турбулентности и без неё.

Пояснения к рисунку:
open loop - без коррекции
Seeing of 1.4 arcsecond - качество изображения 1,4 угл. секунды
AO loop closed - цепь коррекции включена
FWHM of 46 milli-arcsecond - ширина на половине высоты 46 угл. миллисекунд

  Далее: 1. Формирование изображения через турбулентность


Последнее обновление: May 28, 2001 A. Tokovinin
Последнее обновление: 2 января 2005 г. В. Попов

Hosted by uCoz