Laser Guide Star

редактировать
ESO протестировал новый звездный лазерный гид Wendelstein путем съемки мощного лазерного луча в атмосферу. Файл: Искусственные звезды над Параналом.webm Воспроизведение медиа Пример искусственной опорной звезды.

A лазерная направляющая звезда является искусственным звезда изображение, созданное для использования в астрономические системы адаптивной оптики, которые используются в крупных телескопы для исправления атмосферного искажения света (называемого астрономическим зрением ). Для систем адаптивной оптики (АО) требуется эталонный источник света волнового фронта, называемый направляющей звездой. Естественные звезды могут служить для этой цели точечными источниками, но достаточно яркие звезды доступны не во всех частях неба, что сильно ограничивает полезность адаптивной оптики для естественных направляющих звезд. Вместо этого можно создать искусственную направляющую звезду, направив лазер в атмосферу. Свет от луча отражается компонентами в верхних слоях атмосферы обратно в телескоп. Эту звезду можно расположить в любом месте, куда хочет телескоп, открывая гораздо большие участки неба для адаптивной оптики.

Поскольку лазерный луч отклоняется астрономическим зрением на пути вверх, возвращающийся лазерный луч не перемещается по небу, как это делают астрономические источники. Для того, чтобы сохранить астрономические изображения устойчивыми, естественные звезды рядом в небе должны контролироваться для того, чтобы движение лазерных направляющей звезды может быть вычтены с использованием наклонов зеркало. Тем не менее, эта звезда может быть намного слабее, чем это требуется для естественного руководство звезда адаптивной оптики, поскольку он используется для измерения только наклоны, и все искажения более высокого порядка измеряется с помощью лазерной направляющей звезды. Это означает, что подходит гораздо больше звезд и соответственно доступна большая часть неба.

Содержание

  • 1 Типы
  • 2 Лазерное проявление
  • 3 Прогресс
  • 4 Ссылки
  • 5 Внешние ссылки

Типы

Первые 22-ваттные TOPTICA натриевый лазер системы адаптивной оптики Один из стартовых телескопов для системы VLT Four Laser Guide Star Facility.

Существует два основных типа лазерных систем направляющих звезд, известных как натриевые звезды и звезды-маяки Рэлея.

Натриевые маяки создаются с помощью лазера, настроенного на 589,2 нанометров для возбуждения атомов в слое натрия в мезосфере на высоте около 90 км (56 миль). Затем атомы натрия повторно излучают лазерный свет, создавая светящуюся искусственную звезду. Тот же атомный переход натрия используется в натриево-паровых лампах для уличного освещения.

Рэлеевские маяки основаны на рассеянии света молекулами в нижних слоях атмосферы. В отличие от маяков натрия, Рэлея маяки гораздо проще и дешевле, но не обеспечивают такой же хороший волновой фронт опорного, так как искусственный маяк генерируется значительно ниже в атмосфере. Лазеры часто являются импульсными, при этом измерение атмосферы является синхронизированным по времени (происходит через несколько микросекунд после запуска импульса, так что рассеянный свет на уровне земли игнорируется, и только свет, который прошел в течение нескольких микросекунд высоко в атмосферу. и обратно фактически обнаружен).

Разработка лазеров

Лазеры на красителях были первыми лазерными источниками, использованными в приложениях для лазерных направляющих звезд. Эти перестраиваемые лазеры продолжают играть важную роль в этой области. Тем не менее, некоторые исследователи считают использование жидких усиливающих сред невыгодным. Источники лазеров второго поколения для натриевых направляющих звезд включают твердотельные лазеры со смешанной частотой. Новые лазерные системы третьего поколения на основе перестраиваемых диодных лазеров с последующим узкополосным рамановским усилением и преобразованием резонансной частоты разрабатываются с 2005 года. С 2014 года коммерчески доступны полностью сконструированные системы. Важные выходные характеристики перестраиваемых лазеров, упомянутых здесь, включают ограниченную дифракцией расходимость луча и узкую ширину линии излучения.

Progress

Натриевая лазерная направляющая звезда для использования в адаптивной оптике средство для коррекции атмосферных искажений было изобретено физиком из Принстона Уиллом Хэппером в 1982 году в рамках Стратегической оборонной инициативы, но в то время оно было засекречено. 106>

Адаптивная оптика для лазерных гидов по звездам - ​​все еще очень молодая область, и в настоящее время в ее развитие вкладываются большие усилия. По состоянию на 2006 год только две системы АО для лазерных гидов регулярно использовались для научных наблюдений и способствовали опубликованию результатов в рецензируемой научной литературе: в Lick и Паломар Обсерватории в Калифорнии и Обсерватория Кека на Гавайях. Тем не менее, системы лазерных направляющих звезд разрабатывались в большинстве крупных телескопов: Телескоп Уильяма Гершеля, Очень Большой телескоп и Северный Близнец, испытавшие лазеры на небе. но пока не добился штатной работы Другие обсерватории, разрабатывающие лазерные системы АО с 2006 г., включают Большой бинокулярный телескоп и Gran Telescopio Canarias. Система лазерного гида на Очень Большом телескопе начала регулярную научную работу в июне 2007 года.

Мощная система лазерного гида в обсерватории Паранал.

С апреля 2016 года 4 Laser Guide Star Facility (4LGSF) был установлен на Very Large Telescope (VLT) ESO в качестве новой подсистемы Adaptive Optics Facility (AOF). 4LGSF является дополнением к системе VLT Laser Guide Star (LGSF). Вместо одного лазерного луча 4LGSF распространяет четыре лазерных луча в небо Паранала на севере Чили, создавая четыре искусственные звезды, освещая атомы натрия, расположенные в атмосфере на высоте 90 км. Эти четыре звезды позволяют получить лучшую коррекцию в определенном направлении или расширить поле зрения, исправленное с помощью адаптивной оптики. Каждый лазер выдает 22 Вт при диаметре 30 см (12 дюймов). Лазерная система 4LGSF основана на технологии волоконного рамановского лазера, разработанной в ESO и переданной в промышленность.

Обновление до четырех лазеров с волоконной рамановской лазерной технологией необходимо для поддержки новых инструментов в обсерватории Паранал, таких как HAWK -I (с GRAAL) и MUSE (с GALACSI). Также с 4LGSF повышается стабильность, объем профилактического обслуживания и время подготовки к работе будет значительно сокращено по сравнению с LGSF, который в настоящее время все еще использует свой оригинальный лазер на красителях (планируется заменить на волоконный лазер ). 4LGSF помогает астрономам тестировать устройства для E-ELT, которые будут иметь аналогичную систему для поддержки адаптивной оптики телескопа. Учитывая его мощность, операции 4LGSF следуют протоколу, чтобы избежать любого риска. Лазерная система оснащена автоматической системой уклонения от самолетов, которая отключает лазеры, если самолет приближается к лучам.

Для натриевых лазерных опорных звезд необходимо преодолеть три основных проблемы: ларморовская прецессия, отдача и переходное насыщение. Ларморовская прецессия, которая является прецессией атома натрия в геомагнитном поле (точнее, это прецессия квантованного суммарного атомного углового момента вектора атома), уменьшается атомной флуоресценцией лазерных направляющей звезды путем изменения углового момента атом перед двухуровневым циклическим переходом может быть установлен с помощью оптической накачки циркулярно поляризованным светом. Отдача от спонтанного излучения, приводящая к импульсному удару атома, вызывает красное смещение лазерного света относительно атома, делая атом неспособным поглощать лазерный свет и, следовательно, неспособным флуоресцировать. Переходное насыщение - это депопуляция атомов из состояния с более высоким угловым моментом (F = 2) в состояние с более низким угловым моментом (F = 1), что приводит к другой длине волны поглощения.

Ссылки

Внешние ссылки

На Викискладе есть материалы, связанные с Laser Guide Star.
Последняя правка сделана 2021-05-26 14:02:06
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте