Tähtitiede

Onko digitaalinen adaptiivinen optiikka mahdollista?

Onko digitaalinen adaptiivinen optiikka mahdollista?

Adaptiivinen optiikka soveltaa yleensä pieniä muutoksia peileihin ilmakehän turbulenssin huomioon ottamiseksi. Nämä vaativat yleensä joko peilin hajottamista pienemmiksi peileiksi, jokaisella omalla toimilaitteellaan, tai yhden suuren peilin muuttamista hieman monien eri toimilaitteiden toimesta.

Onko mahdollista tehdä paljon tästä digitaalisesti?

Eikö ohjelmisto voinut vaimentaa tai vahvistaa kutakin pikseliä jokaisella passiivisesta peilistä kerätyllä ajanjaksolla? Nämä muutokset riippuisivat ohjaustähden tai laserin mittaamista vääristymistä (tämä digitaalinen järjestelmä edellyttäisi silti ohjaavaa valoa)? Epäilen, että tämä olisi todennäköisesti vähemmän tarkka kuin todellinen adaptiivinen optiikka, mutta se olisi myös paljon halvempaa (koska et tarvitse niin monta toimilaitetta).

Onko tätä lähestymistapaa tutkittu ja hylätty? Onko se naurettavaa eikä edes teoreettisesti mahdollista? Olen utelias, jos joku on tutkinut tätä ajatusta.


Lähestymistapasi ongelmana on, että muotoaan muuttava peili muuttaa vaihe valosta peilin poikki, jossa valo ei ole kohdennettu. Anturiryhmän valo keskittyy, ja mitä saat, on intensiteetti mikä on karkeasti peilin kohdalla olevan etuosan Fourier-muunnos. Siihen mennessä, kun sinulla on voimakkuutta, vaihetiedot ovat kadonneet.

Muokkaa selkeyden vuoksi:

Anturiryhmä toimenpiteitä intensiteetti, jolloin vaihetiedot ovat peruuttamattomia. Jos poistat anturiryhmän ja mitat uudelleen polttotason ohi, saat kyllä ​​vaihetiedot - katso "Plenoptiset kamerat".

Nyt on muitakin tekniikoita - saatat olla kiinnostunut etsimään papereita aiheesta "Lucky Imaging", joka ottaa pohjimmiltaan mahdollisimman monta kuvaa ja heittää vääristyneet.


Riittävän laskentatehon avulla kameran anturin jokainen pikseli voidaan käsitellä erikseen. Lähdöt vahvistetaan tai pienennetään kompensoimaan anturin valotasojen vaihtelut. Pinoamisalgoritmit voivat hylätä ne pikselit, jotka eivät saa jatkuvaa syötettä.

Valokuvausostokset maks. Tee Astro Photographers -elämästä helpompaa. Kaikkien muiden ongelmana olisi päättää, mistä tiede muuttuu taiteeksi.


Peilin kukin osa vaikuttaa jokaiseen kuvan pikseliin, ja ilmakehän vääristymien taskut voivat olla vain 10-20 cm leveitä. Jos katsot kirkasta planeettaa yli 30 cm: n teleskoopin läpi huonossa näkyvissä olosuhteissa, kuva näyttää pinolta useita alikuvia, jotka siirtyvät sisään ja pois kohdasta, kukin peilin eri osista. Yli yksinkertaistamiseksi mukautuvat optiikkajärjestelmät säätävät jatkuvasti peilisegmenttejä pitääkseen nämä alikuvat kohdakkain.

Jos pystyt hyväksymään paljon korkeammat ilmaisinkustannukset vastineeksi toimilaitteen kustannusten poistamisesta, on mahdollista tehdä joukko pieniä teleskooppeja, joista jokaisella on oma videokameransa, ja kohdistaa siirtyvät alikuvat ohjelmistoon. Mutta sitten diffraktio pienemmillä aukoilla rajoittaisi järjestelmän tarkkuutta, ellet rakenna optista interferometriä, jolla on oma vaikeuksiensa luokka.


@ CarlWitthoftin vastaus on harhaanjohtava, ellei väärä.

Kentän Fourier-muunnos ei menetä vaihetietoja. Jos annat valon ajautua toiseen polttoväliin ja käytät sitten samanlaista peiliä, palautat täysin alkuperäisen sähkökentän jakauman teleskooppien aukossa. Tietoja ei kadota täällä.

Ongelma ei liity lainkaan optiikkaan.

Ongelmana on, että ilmaisin (pii-CCD tai valokuvalevy tai mikä tahansa) mittaa valon ajallisesti keskiarvon, joka on absoluuttinen arvo neliössä kentän ilmaisimen pinnalla. Se on tämä neliö ja keskiarvo tavanomaisissa havaintojärjestelmissä, mikä tekee vaihetiedoista palautumattomia.

Vaiheherkät pikselit kameroille yritetään tehdä koko tutkimusalalla, mutta se on melko akateeminen, ja menetät tarkkuudessa ja muissa suorituskykymittareissa huomattavasti, kun yrität tehdä tämän.

Mutta entä pidemmät aallonpituudet?

Sinun ideasi voi ja todellakin toimii radioastronomiassa, jopa mikroaaltoja ja millimetrejä aaltoja varten. Tämä johtuu siitä, että kunkin pikselin vastaanottama sähkökenttä (joka on niiden joukon yksi lautasantenni) voidaan todellakin digitalisoida. Ne muuntavat jopa THz-taajuudet yhdeksi tai kahdeksi GHz: ksi ja vahvistavat ja digitoivat sen sitten erittäin nopeilla ADC: llä.

Kun tämä on tehty, voit korjata vääristymät aaltorintamassa, joka saapuu antennijoukkoosi ohjelmistossa. Tätä prosessia selitetään tarkemmin vastauksissa kysymykseen Olisiko adaptiivisesta optiikasta hyötyä radioastronomiassa?


Lucky & amp, mukautuva optiikka

Ei ole epäilystäkään siitä, että adaptiivisen optiikan tekniikat ovat menestyneet tietyillä alueilla. Kun vertailutähti on riittävän kirkas, on ollut mahdollista saavuttaa erittäin korkea Strehlin suhde, ja adaptiivista optiikkaa on käytetty laajasti lähi-infrapunassa, jossa emme ole vielä yrittäneet soveltaa Lucky Imaging -tekniikoita sopivien ilmaisinjärjestelmien puuttumisen vuoksi. On kuitenkin olemassa useita tilanteita, joissa Lucky Imagingin saavutukset ovat ylittäneet adaptiivisen optiikan saavutukset. Ymmärtääksemme olosuhteet, joissa Lucky-kuvankäsittely on erinomaista, meidän on tarkasteltava tapaa, jolla adaptiiviset optiset järjestelmät yleensä toimivat.

Adaptiivinen optiikka toimii hajottamalla teleskoopin aukko soluihin, joiden koko on suuruusluokkaa r0 ja havaitaan vertailutähti kussakin solussa. Tämä tehdään useimmiten Shack Hartmann -anturilla:

Tuotetuissa kuvissa on joukko kuvaa, joka on tähti, yksi kustakin Shack Hartmann -anturin linssistä.

Elokuva, joka näyttää tyypillisen kuvasekvenssin, voidaan nähdä (1,3 Mt), napsauttamalla kuvaa. Tämä näyttää kuvia 4,2 metrin William Herschel -teleskoopista La Palmassa käyttäen 8x8 -objektiiviryhmää Shack-Hartmann-kennossa (JOSE-kamera).

Tähtien suhteellisia liikkeitä ja sijainteja kussakin solussa käytetään sitten selvittämään, mitkä vaihevirheet aaltorintamassa ovat milloin tahansa, ja tietokoneohjattu joustava peili vääristyy kompensoimaan nämä vaihevirheet. Kaaviokuva tällaisesta järjestelmästä on esitetty alla, jossa tähdestä tulevaa sinistä valoa käytetään aaltorintaman anturiin antamaan edellä esitetyn kaltainen kuva, ja johdetut aaltorintavirheet ajavat aaltorintakorjainta (tässä joustavaa peiliä) poistamaan virheitä sisääntulon aaltorintamassa, ja siksi välittää korjatun (ja mieluiten diffraktiorajoitetun) aaltorintaman tiedeinstrumentille.


(Kuva: Gordon Love, Durham).

Jos vertailutähti on erittäin kirkas, voi olla mahdollista selvittää vaihevirheet ja korjata ne ennen kuin ne muuttuvat (ja muista, että ne muuttuvat hyvin nopeasti millisekuntien asteikkoluokissa). Vertailutähden on joka tapauksessa oltava erittäin kirkas, koska se on havaittava hyvällä signaali-kohina -toiminnolla kussakin anturin kennossa eikä kaukoputken koko aukossa, kuten Lucky Imaging -tekniikan tapauksessa. Tyypillisesti ehkä 20 anturia olevaa kennoa käytettäisiin 2,5 metrin teleskoopin kanssa. Käytännössä se tarkoittaa, että on hyvin pieni todennäköisyys, että vertailutähti löydetään riittävän läheltä tieteellistä kohdetta, jotta adaptiivinen optiikka olisi käyttökelpoinen, kun taas Lucky Imaging -sovelluksella pystymme työskentelemään hyvin himmeiden vertailutähtien kanssa. Havaitsemme, että siksi on paljon suurempi todennäköisyys löytää vertailutähti näkökentästä. Lisätietoja referenssitähtien suuruuksista ja saatavuudesta saat napsauttamalla tätä.

Isoplanatic Patch Size

Toinen ongelma, joka vaikuttaa suuresti adaptiivisen optiikan sovellukseen, on rajoitettu isoplanaattinen laastari. Tähtitieteessä on muutamia tapauksia, joissa olemme onnellisia yksinkertaisesti ratkaistaksemme kaksi kohdetta. Voisimme haluta tarkastella hyvin läheistä tähtiparia, jotta voimme erottaa komponentit ja tarkastella niiden suhteellisia liikkeitä. Lähes kaikki tähtitiede riippuu kuitenkin tutkittavan kohteen kirkkauden vertaamisesta kentän muihin, jotta voimme mitata sijainteja ja kirkkauksia hyödyllisellä tarkkuudella. Adaptiivisen optiikan ongelmana on, että tähtikuvien muoto muuttuu hyvin nopeasti kohteen etäisyyden vertailutähdestä kanssa. Tämä johtuu siitä, että adaptiivinen optiikka yrittää kompensoida ilmakehän vaihevaihtelut joka hetki, myös silloin, kun ne ovat erityisen huonoja. Mitä huonommat nämä olosuhteet ovat, sitä nopeammin kuvan muoto muuttuu etäisyyden päässä vertailutähdestä. Lucky Imaging -menetelmällä hylkäämme kuvat, jotka ovat muodostuneet, kun vaihevaihtelut ovat huonot, ja käytämme vain niitä, joihin tämä vaikuttaa vähiten. Tämä antaa meille tähtikuvaprofiileja, jotka vaihtelevat paljon hitaammin kuvassa. Tämä ei tarkoita vain sitä, että saamme kuvia, joiden kanssa on paljon helpompaa työskennellä tähtitieteilijöille, mutta pystymme myös löytämään vertailutähdet paljon suuremmalta taivaan alueelta kuin se on mahdollista adaptiivisella optiikalla. Tämä suurempi alue vertailutähtien etsimiseen tarkoittaa, että meillä on paljon suurempi todennäköisyys löytää yksi. Paranalista, Euroopan eteläisen observatorion VLT: n alueelta, mitattu isoplanatic-laastarin keskikoko on vain noin 2,6 kaarisekuntia V-kaistalla (vastaa noin 4,5 kaaria sekunnissa I-kaistalla 850 nm: ssä), kun taas isoplanatic-laastarin mittaukset lähestyvät yhtä kaariminuutti halkaisijaltaan. Lisätietoja siitä, miksi Lucky-kuvantaminen antaa isoplanatic-laastarin, joka on niin paljon suurempi kuin Adaptive Optics, napsauta tätä.

Ilmakehän turbulenssimallin ongelmat

Viimeinen ongelma, joka on vasta selvillä vasta nyt, kun adaptiivisen optiikan järjestelmät otetaan käyttöön ja todetaan odotettua huonommiksi, johtuu siitä, että vaikka ilmakehän turbulenssin tehospektri on hyvin samanlainen kuin Kolmogorovin turbulenssiteoriaan perustuvien mallien ennustama, käytännössä todettu turbulenssi on huomattavasti erilainen tavalla, joka tekee adaptiivisten optiikkajärjestelmien rakentamisesta paljon vaikeampaa. Saat lisätietoja ilmakehän turbulenssin monimutkaisuudesta napsauttamalla tätä.


Onko digitaalinen adaptiivinen optiikka mahdollista? - Tähtitiede

Maan ilmakehän turbulenssi vääristää kuvia, jotka on saatu jopa maailman parhaista tähtitieteellisistä paikoista, mukaan lukien Chilen Cerro Armazones, joka on ELT: n koti.

Teleskooppi käyttää uskomattoman hienostunutta 'mukautuvan optiikan' tekniikkaa varmistaakseen, että sen kuvat ovat terävämpiä kuin mikään muu teleskooppi.

Teleskooppi käyttää uskomattoman hienostunutta 'mukautuvan optiikan' tekniikkaa varmistaakseen, että sen kuvat ovat terävämpiä kuin mikään muu teleskooppi.

Maan ilmakehän turbulenssi vääristää kuvia, jotka on saatu jopa maailman parhaista tähtitieteellisistä paikoista, mukaan lukien Chilen Cerro Armazones, joka on ELT: n koti.

Teleskooppi käyttää uskomattoman hienostunutta 'mukautuvan optiikan' tekniikkaa varmistaakseen, että sen kuvat ovat terävämpiä kuin mikään muu teleskooppi.

Maan ilmakehän turbulenssi saa tähdet kimpoamaan tavalla, joka ilahduttaa runoilijoita, mutta turhauttaa tähtitieteilijöitä, koska se hämärtää kosmoksen hienoimmat yksityiskohdat. Suoraan avaruudesta havainnointi voi välttää tämän ilmakehän hämärtymisen, mutta avaruusteleskooppien korkeat käyttökustannukset verrattuna maanpäällisten laitteiden käyttöön rajoittavat teleskooppien kokoa ja laajuutta, jotka voimme sijoittaa maan ulkopuolelle.

Tähtitieteilijät ovat siirtyneet menetelmään, jota kutsutaan adaptiiviseksi optiikaksi. Hienostuneet, muotoaan muuttavat, tietokoneiden ohjaamat peilit voivat korjata reaaliajassa maapallon ilmakehän turbulenssin aiheuttaman vääristymän, mikä tekee saaduista kuvista lähes yhtä teräviä kuin (tai ELT: n tapauksessa terävämmät) kuin avaruudessa otetut. . Adaptiivisen optiikan avulla korjattu optinen järjestelmä voi tarkkailla paljon himmeämpien tähtitieteellisten kohteiden yksityiskohtia kuin maasta muuten on mahdollista.

Tämän kuvan tarkoituksena on osoittaa, kuinka sumu NGC 3603 voidaan nähdä kolmella eri kaukoputkella: NASA / ESA Hubble -avaruusteleskoopilla, ESO: n erittäin suurella teleskoopilla mukautuvien optiikkamoduuliensa avulla ja erittäin suurella teleskoopilla. Luotto: ESO

Adaptiivinen optiikka vaatii melko kirkkaan vertailutähden, joka on hyvin lähellä tutkittavaa kohdetta. Tätä vertailutähteä käytetään mittaamaan paikallisen ilmakehän aiheuttama epätarkkuus, jotta muotoaan muuttava peili voi korjata sen. Koska sopivia tähtiä ei ole kaikkialla yötaivaalla, tähtitieteilijät voivat sen sijaan luoda keinotekoisia tähtiä heijastamalla voimakkaan lasersäteen maapallon ylempään ilmakehään. Näiden laser-ohjaustähtien ansiosta lähes koko taivas voidaan nyt havaita adaptiivisella optiikalla. ELT: llä on jopa kahdeksan näistä lasereista.

ELT: llä on kaikkien aikojen suurimmasta mukautuvasta peilistä edistyneisiin hallintajärjestelmiin kaikkein kehittyneimpiä tekniikoita, joita teleskoopilla on koskaan käytetty maan ilmakehän hämärtyvien vaikutusten korjaamiseksi. Tällä hetkellä rakenteilla olevalla sivulla tutkitaan näitä tekniikoita.

Tämä video selittää adaptiivisen optiikan periaatteet, tekniikkaa, jota käytetään monissa ESO-teleskoopeissa. Luotto: ESO


SOPIVA OPTIIKKA ja ASTRONOMIA

SciMeasure-kamerat on suunniteltu antamaan paras mahdollinen suorituskyky todellisissa tilanteissa. Keskittyminen perinteisiin moniporttisiin CCD-laitteisiin tarkoittaa, että kameramme tuottavat parempaa signaalikohinaa tosielämän signaalitasoilla kuin elektronikertomukseen luottavat CCD: t. Keskittyminen taaksepäin valaistuihin CCD-kennoihin tarkoittaa, että kameroillamme on paljon paremmat QE-, MTF- ja kosmetiikkatuotteet kuin kaikilla etuvalaisimilla, mukaan lukien CMOS-anturit. Keskittyminen syvempien kuoppien CCD: iin, joissa on suuret pikselit, tarkoittaa, että kameroillamme on suurempi todellinen dynaaminen alue ja korkeampi signaali-kohina kuin pienet pikselin CCD: t ja CMOS-anturit. Suurten pikselien ansiosta kohteen liittäminen anturiin on myös paljon helpompaa.

NIRSPEC / MAGIQ-ohjauskamerakuva
Luotto: Diane Wooden, NASA Ames / Mike DiSanti, NASA GSFC / Eliot Young SwRI / Al Conrad, Jim Lyke ja Terry Stickel, WMKO


Adaptiivinen optiikka: Johdanto

16.2.a Joitakin PERUSSUHTEITA

Adaptiivisten optiikkajärjestelmien vaatimusten havainnollistamiseksi esitämme ensin joitain keskustelussamme tarvittavia suhteita. Tässä osassa hyödynnämme Beckersin (1993) erinomaista katsausta.

Vaihevaihtelujen havaitseminen ja kompensointi aaltorintamalla tehdään yleensä mittaamalla vertailukohteen aaltorintama lähellä kohdeobjektia. Tämä menetelmä onnistuu, jos kulmien välinen etäisyys näiden kahden kohteen välillä on pienempi kuin isoplanatic kulma θ0. Hyvä arvio tähän kulmaan on

missä H on turbulentin kerroksen keskimääräinen etäisyys. Tämä kulma vastaa sivuttaissiirtoa 0,3r0 aaltoreunojen välillä lähteistä, jotka on erotettu θ: llä0, joten aaltoreittien päällekkäisyys yhteisellä alueella on noin 60%.

Separ: n erotteluissa0 vertailu- ja kohde-aaltoreittien efektiivinen ero on ≅ λ / 6. Sillä r0 = 26 cm taulukon 16.1 ensimmäisestä rivistä, ja H = 5 km, löydämme θ0 = 3,4 kaarisekuntia Visuaalisella alueella vain pienellä osalla haluttuja kohteita on sopivia vertailukohteita isoplanatic-kulmassa. Tämä on johtanut laser-ohjaustähtien kehitykseen, jota kommentoimme lyhyesti seuraavassa osassa. Infrapunan luonnollisten vertailukohteiden tilanne on selvästi suotuisampi.

Toinen kulma, joka liittyy θ: hen0 on isoplanaattinen kulma kuvan liikkeelle θm. Tämä on kulmamatka, jonka yli kuvan liikkeet ovat hyvin samanlaisia. Likimääräinen suhde tälle kulmalle on θm ≅ 0,3 (D / H) ≅ θ0(D /r0).

Toinen ratkaisevan tärkeä tekijä adaptiivisen optiikan tekniikoiden soveltamisessa vaihemuutosten korjaamiseksi on nopeus, jolla aaltorintama muuttuu. Tämä nopeus riippuu tuulen nopeuksista ilmakehän eri korkeuksilla. Arvioitu aikataulu merkittävälle muutokselle on

Sillä r0 = 26 cm ja Vtuuli = 10 m / s, löydämme τ0 ≅ 0,008 sekuntia On jälleen selvää, että tilanne vaihemuutosten havaitsemiseksi ja kompensoimiseksi on suotuisampi infrapuna- kuin visuaalialueella.


Adaptiivinen optiikka: läpimurto tähtitieteessä

1970-luvulle asti ilmakehän näkemistä pidettiin absoluuttisena rajoituksena maanpäällisten optisten teleskooppien kulmaresoluutiolle juuri uuden sukupolven jättimäisten optisten teleskooppien, kuten VLT ja Keck, suunnittelun aikana. Esiintyminen kylmän sodan yhteydessä, jossa tutkimuksen luokittelu johtuu monista rajoituksista, mutta uusien digitaalisen ohjauksen mahdollisuuksien avulla tähtitieteellisen adaptiivisen optiikan osoitettiin olevan toteuttamiskelpoinen vuonna 1989 ja vakuuttanut vähitellen aluksi skeptisen tähtitieteellisen yhteisön potentiaalistaan. Kaksikymmentä vuotta myöhemmin se on pakollinen ainesosa erittäin suurten teleskooppien suunnittelussa maan pinnalla, ja se on mahdollistanut monia löytöjä galaktisista ja ekstragalaktisista esineistä. Joitakin suuntauksia uudelle kehitykselle käsitellään.

Tämä on tilaussisällön esikatselu, pääsy oppilaitoksesi kautta.


Onko digitaalinen adaptiivinen optiikka mahdollista? - Tähtitiede

Olet pyytänyt valitun sisällön konekäännöstä tietokannoistamme. Tämä toiminto on tarkoitettu vain sinun avuksesi, eikä sitä ole millään tavalla tarkoitettu korvaamaan ihmisen käännöstä. SPIE eivätkä sisällön omistajat ja julkaisijat esitä mitään nimenomaista tai epäsuoraa vakuutusta tai takuuta, mukaan lukien rajoituksetta esitykset ja takuut käännösominaisuuden toiminnallisuudesta tai sisällön tarkkuudesta tai täydellisyydestä. käännökset.

Käännöksiä ei säilytetä järjestelmässämme. Tämän ominaisuuden ja käännösten käyttöösi sovelletaan kaikkia käyttörajoituksia, jotka sisältyvät SPIE-verkkosivuston käyttöehtoihin.

Instrumentaaliset rajoitukset adaptiivisessa optiikassa tähtitieteeseen

1 Litton-Itek Optical Systems (Yhdysvallat)

TILAA DIGITAALINEN KIRJASTO

50 latausta 1 vuoden tilauksessa

25 latausta 1 vuoden tilausta kohti

Sisältää PDF, HTML ja video, jos saatavilla

Tarkastellaan tekniikkaa ja komponentteja, joita tarvitaan erillisten adaptiivisten optiikkajärjestelmien toteuttamiseen, jotka pystyvät kompensoimaan ilmakehän turbulenssin aiheuttamat aaltorintavirheet maanpinnan tähtitieteellisissä teleskoopeissa. Deformoituvien peilien, aaltoelementtiantureiden ja aaltorintojen rekonstruktorien päätyyppien ominaisuudet on kuvattu. Laitteiden rajoitusten vaikutuksia, kuten kompensointiosa-aukkojen koko ja aaltorintaman tunnistimen signaali-kohinasuhde, käsitellään adaptiivisten optiikkajärjestelmien yleiseen suorituskykyyn. Tämä katsaus osoittaa, että tekniikka on olemassa perinteisten adaptiivisten optiikkajärjestelmien mahdollistamiseksi lähellä niiden luontaisia ​​suorituskykyrajoja, joista suurin este on tarvittavien komponenttien korkeat kustannukset. Suurempi ongelma on kuitenkin siinä, että adaptiivisen optiikan hyödyllisyyttä maanpäällisessä tähtitieteessä rajoittavat vakavasti ulkoiset tekijät, kuten isoplanaattisen laastarin pieni koko ja pieni fotonivuo, joka on saatavana useimmista tähtitieteellisistä kohteista. Johtopäätöksenä on, että tarvitaan uusia järjestelmäkonsepteja näiden ulkoisten rajoitusten voittamiseksi ja sovittavan optiikan tekemiseksi hyödylliseksi tekniikaksi maanpäällisessä tähtitieteessä. Jo ehdotettujen uusien lähestymistapojen joukossa ovat laser-ohjaustähdet ja useita aaltorintakorjaajia.

& copy (1989) COPYRIGHT Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE). Tiivistelmän lataaminen on sallittua vain henkilökohtaiseen käyttöön.


Onko digitaalinen adaptiivinen optiikka mahdollista? - Tähtitiede

Olet pyytänyt valitun sisällön konekäännöstä tietokannoistamme. Tämä toiminto on tarkoitettu vain sinun avuksesi, eikä sitä ole millään tavalla tarkoitettu korvaamaan ihmisen käännöstä. SPIE eivätkä sisällön omistajat ja julkaisijat esitä mitään nimenomaista tai epäsuoraa vakuutusta tai takuuta, mukaan lukien rajoituksetta esitykset ja takuut käännösominaisuuden toiminnallisuudesta tai sisällön tarkkuudesta tai täydellisyydestä. käännökset.

Käännöksiä ei säilytetä järjestelmässämme. Tämän ominaisuuden ja käännösten käyttöösi sovelletaan kaikkia käyttörajoituksia, jotka sisältyvät SPIE-verkkosivuston käyttöehtoihin.

Kokeellisen optisen adaptiivisen optiikan kehittäminen pienille teleskoopeille

Takeo Minezaki, 1 Yukihiro Kono, 1 Leonardo Vanzi, 2 Abner Zapata, 2 Mauricio Flores, 2 Sebastian Ramirez, 2 Keiichi Ohnaka 3

1 Univ. Tokion (Japani)
2 Pontificia Univ. Kissa ja # 243lica de Chile (Chile)
3 Univ. Cat & # 243lica del Norte (Chile)

TILAA DIGITAALINEN KIRJASTO

50 latausta 1 vuoden tilauksessa

25 latausta 1 vuoden tilausta kohti

Sisältää PDF, HTML ja video, jos saatavilla

Kehitämme optisen adaptiivisen optiikan (AO) järjestelmää pienille teleskoopeille. AO-instrumentti optisella aallonpituudella, joka on asennettu 1-2 m: n luokan kaukoputkelle, joka sijaitsee hyvällä näkökohdalla, mahdollistaa korkean kulmaresoluution, 0,1-0,2 kaari. Tällainen kyky antaa meille mahdollisuuden suorittaa ainutlaatuisia tähtitieteellisiä ohjelmia sekä tarjota hyvät mahdollisuudet koulutukseen sekä tähtitieteelle että tekniikalle. Pienien teleskooppien AO-ominaisuuksien tutkimiseksi kehitimme kokeellisen AO-instrumentin, jossa kehityskustannusten alentamiseksi käytetään laajasti halpoja kaupallisia laitteita. Suunnittelimme painon ja fyysisen koon niin pieneksi, että se on kannettava ja helppo asentaa pieneen teleskooppiin, mikä on AO-instrumenttimme ainutlaatuinen piirre. Japanissa suoritettujen teknisten havaintojen jälkeen kiinnitimme sen Chilen La Sillan Euroopan eteläisen observatorion 1 metrin teleskooppiin suorituskyvyn tutkimiseksi. Havaitsimme, että polyesterikatkokuitujen koko leveys-puolimaksimi (FWHM) ja Strehl-suhde paranivat noin 4 kertaa ja viisi kertaa luonnollisesta näkymästä. Paras havainnon aikana saatu AO-korjattu PSF saavutti FWHM = 0,18 kaaren sekuntia ja Strehlin suhde = 0,18. Aikasarjan aaltorintaman ja deformoituvien peilien toimintatietojen yksityiskohtaisen analyysin perusteella AO: n suorituskyvyn odotetaan edelleen parantuvan säätämällä järjestelmän parametreja. Onnistuimme osoittamaan edullisen optisen AO-järjestelmän toteutettavuuden pienille teleskoopeille.

& copy (2020) COPYRIGHT Photo-Optical Instrumentation Engineers Society (SPIE). Tiivistelmän lataaminen on sallittua vain henkilökohtaiseen käyttöön.


Xinetics Adaptive Optics Solutions

AOA Xineticsin älykäs optiikka (IO) -liiketoiminta-alue on erikoistunut sellaisten tuotteiden ja järjestelmien suunnitteluun, kehittämiseen ja valmistamiseen, jotka edellyttävät optisen, sähköoptisen ja opto-mekaanisen tekniikan viimeisintä integrointia.

AOA Xineticsin älykäs optiikka (IO) -liiketoiminta-alue on erikoistunut sellaisten tuotteiden ja järjestelmien suunnitteluun, kehittämiseen ja valmistamiseen, jotka edellyttävät optisen, sähköoptisen ja opto-mekaanisen tekniikan viimeisintä integrointia. Se on toimittanut lasersäteenohjausjärjestelmiä ja mukautuvia optisia järjestelmiä yli 30 vuoden ajan valtion, teollisuuden ja kaupan sovelluksiin, mukaan lukien suurenergiset laserit, vapaa avaruusoptiikka, tähtitiede ja edistynyt kuvantaminen ISR: lle.

IO: lla on todistettu kokemus innovatiivisten tuotteiden toimittamisesta aaltorintaman havaitsemiseen ja korjaamiseen monenlaisissa säteenhallintasovelluksissa. Monet tuotteistamme on integroitu vertikaalisesti käyttäen hienoimpia materiaaleja ja optisia pinnoitteita, jotka on testattu ympäristön äärimmäisissä olosuhteissa.

IO tukee kaikkia ohjelman elinkaarivaiheita konseptin kehittämisestä ja prototyypistä järjestelmän suunnitteluun, integrointiin, testaukseen ja kenttätukeen. IO: n asiakaskuntaan kuuluvat ilmavoimien tutkimuslaboratoriot, Starfire Optical Range, Yhdysvaltain armeija, NASA, DARPA, High Energy Laser -teknologiatoimisto, meritutkimusvirasto, useat observatoriot, yliopistot ja pääurakoitsijat.

Tuotteet

Älykäs optiikka on vertikaalisesti integroitu muodonmuuttuvien peilien, aaltoreunan antureiden, kuljettajaelektroniikan, toimilaitteiden ja täydellisten adaptiivisten optisten järjestelmien valmistaja. Tuotteitamme on kehitetty ja testattu viimeisten kahden vuosikymmenen aikana äärimmäisissä ympäristöolosuhteissa ja korkeatasoisissa suorituskykyvaatimuksissa monille valtion ohjelmille ja sovelluksille.

Deformoituvien peilien perheemme (DM) on suunniteltu siten, että sillä on korkea paikkatarkkuuden korjaus eri aivohalvauksilla. Tavanomaisista Surface Normal -peileistämme, korkean resoluution integroiduista Photonex-moduulipeileistämme ja korkean iskun pinta-alan rinnakkaisista matriiseistamme meillä on kaupalliset hyllyt (COTS) ja räätälöidyt ratkaisut säteen ohjaussovelluksellesi. Lisäksi integroitu Wavefront Control (IWC) -muotoinen peili tarjoaa Tip and Tilt -ominaisuuden all-in-one-suorituskykyyn. Sähköisiä ohjaimia on saatavana kaikille DM-tuotteillemme.

Teknologia

AOA Xineticsin älykäs optiikka (IO) -liiketoiminta-alue on johtava aaltorintaman ohjausjärjestelmien tekniikan kehittämisessä ja tuotekehityksessä reaaliaikaiseen aaltorintaman havaitsemiseen ja korjaamiseen. Se kehittää ja valmistaa maailmanluokan tuotteita tarkkuuden liikkeenohjauslaitteissa. Näihin tuotteisiin kuuluu aktiivinen optiikka, kuten muotoaan muuttavat ja hybridipeilit, jotka ovat skaalattavissa hyvin suurikokoisiksi sovelluksiin avaruudessa, ilmassa ja laivastoissa sekä maan teleskoopeissa.

AOX Xineticsin tarkkuussäätötekniikat alkavat lyijymagnesiumnibaatti (PMN) -striktoivista toimilaitteistamme, joita käytetään deformoituvissa peileissämme. PMN-materiaaliteknologia tarjoaa mekaanisesti vakaan toimilaitteen, jolla on erittäin alhainen hystereesi ja minimaalinen viruminen, ja se on valittu materiaali tarkkaan sijoittamiseen. Lisäksi kuvantamistekniikan edistysaskeleet ovat täydentäneet tarkkuusohjausjärjestelmiä tarjoamaan useita kuvantamistapoja.

Ota yhteyttä keskustellaksesi siitä, miten voimme auttaa projektiasi.

Sovellukset

AOA Xineticsin älykäs optiikka (IO) -liiketoiminta-alue on erikoistunut sellaisten järjestelmien suunnitteluun, kehittämiseen ja valmistamiseen, jotka edellyttävät optisen, sähköoptisen ja opto-mekaanisen tekniikan huipputason integrointia. Se on toimittanut lasersäteenohjausjärjestelmiä sekä adaptiivisia optiikkajärjestelmiä yli 30 vuoden ajan valtion, teollisuuden ja kaupan sovelluksiin, mukaan lukien suurenergiset laserit, vapaa avaruusoptiikka, tähtitiede ja edistynyt kuvantaminen ISR: lle.

IO: lla on todistettu kokemus innovatiivisten ratkaisujen soveltamisesta aaltorintaman tunnistamiseen ja korjaamiseen monenlaisissa säteenhallintasovelluksissa. Se tukee kaikkia ohjelman vaiheita konseptin kehittämisestä ja järjestelmän suunnittelusta prototyyppiin, integrointiin, testaukseen ja arviointiin sekä kenttätukeen. IO: n asiakaskuntaan kuuluvat ilmavoimien tutkimuslaboratoriot, Starfire Optical Range, Yhdysvaltain armeija, NASA, DARPA, High Energy Laser -yhteisteknologiatoimisto, meritutkimustoimisto, useat observatoriot, yliopistot ja pääurakoitsijat.


Keck Observatory sieppaa harvinaisia ​​korkean resoluution kuvia räjähtäneestä tähdestä

Kuva gravitaatiolinssillä linssillä varustetusta tyypin Ia supernovasta, joka on otettu lähellä infrapunaa W. M. Keckin observatorion kanssa. Keskellä näkyvä linssigalaksia on vääristänyt ja taivuttanut sen takana olevan iPTF16geun valoa tuottamaan useita kuvia samasta supernovasta (nähty keskigalaksin ympäri). Näiden kuvien sijainti, koko ja kirkkaus auttavat tähtitieteilijöitä päättelemään linssigalaksin ominaisuuksia. Luotto: W.M. Keckin observatorio

Tutkijat voivat nyt mitata kuinka nopeasti maailmankaikkeus todella laajenee sellaisella tarkkuudella, jota ei ole aikaisemmin ollut mahdollista.

Ruotsin Tukholman yliopiston johtama kansainvälinen tähtitieteilijäryhmä otti tämän jälkeen neljä erillistä kuvaa gravitaatiolinssillä tyypin Ia supernovasta, nimeltään iPTF16geu.

Saadakseen korkean resoluution näkymän löytöryhmä käytti W. M. Keckin observatorion OSIRIS- ja NIRC2-instrumentteja, joissa oli laserohjattu adaptiivinen optiikka lähellä infrapuna-aallonpituuksia.

Keck-mukautuvan optiikan kuvien resoluutio vastasi kykyä erottaa auton yksittäiset ajovalot San Franciscossa Havaijilta katsottuna. Mittaukset vahvistivat, että neljä erillistä kuvaa on peräisin iPTF16geu: lta ja että sen valo kulki 4,3 miljardia vuotta ennen kuin se saavutti Maan.

"Ensimmäisen kerran ratkaistuna useita kuvia voimakkaasti linssillä olevasta supernoovasta on merkittävä läpimurto", kertoi Ariel Goobar, Tukholman yliopiston Oskar Klein -keskuksen professori ja tutkimuksen johtava kirjoittaja. "Voimme mitata valovoiman painovoiman voimaa tarkemmin kuin koskaan ennen, ja tutkia fyysisiä asteikoita, jotka ovat saattaneet tuntua ulottumattomilta tähän asti."

Viime viikolla Science-lehdessä julkaistu tutkimus, jonka otsikko on "iPTF16geu: moninkertaisesti kuvattu gravitaatiolinssinen tyypin Ia supernova".

iPTF16geu havaittiin alun perin Palomarin väliaikaisessa tehtaassa (iPTF), joka on Caltechin johtama kansainvälinen projekti, joka käyttää Palomarin observatoriota skannaamaan taivasta ja löytämään lähes reaaliajassa nopeasti muuttuvia kosmisia tapahtumia, kuten supernovoja, täysin automatisoitu, laaja-alainen tutkimus.

Tässä yhdistelmäkuvassa näkyy gravitaatiolinssillä tyypin Ia supernova iPTF16geu eri teleskoopeilla. Taustakuva näyttää laajakuvanäkymän yötaivaasta Palomar-observatorion kanssa Kalifornian Palomar-vuorella. Vasemmassa kuvassa on havainnot, jotka on tehty Sloan Digital Sky Survey (SDSS) -tutkimuksella. Keskuskuvan otti NASA / ESA Hubble -avaruusteleskooppi, ja se näyttää linssigalaksin SDSS J210415.89-062024.7. Oikea kuva otettiin myös Hubble-laitteella, ja se kuvaa neljä linssikuvaa supernovaräjähdyksestä, jotka ympäröivät linssigalaksia. Luotto: ESA / Hubble, NASA, Sloan Digital Sky Survey, Palomar Observatory / Caltech

Joidenkin maailman johtavien teleskooppien kesti kerätä tarkempia tietoja iPTF16geusta. Keckin observatorion lisäksi tutkintaryhmä käytti myös NASA: n / ESA: n Hubble-avaruusteleskooppia ja Chilessä sijaitsevaa Euroopan eteläisen observatorion (ESO) erittäin suurta teleskooppia.

"IPTF16geun löytäminen on todellakin kuin löytää hieman outo neula heinäsuovasta", kertoi Tukholman yliopiston kirjailija ja tutkija Rahman Amanullah. "Se paljastaa meille hieman enemmän maailmankaikkeudesta, mutta herättää enimmäkseen paljon uusia tieteellisiä kysymyksiä."

Tähtitieteilijät havaitsevat tuhansia supernovia joka vuosi, mutta vain harvat löydetyistä ovat gravitaatiolinssejä. Koska ne ovat näkyvissä vain lyhyen aikaa, niiden havaitseminen voi olla vaikeaa.

"IPTF tunnetaan supernovakandidaattien löytämisestä, mutta avain on kuvata heitä Keck Observatorion huippuluokan adaptiivisella optiikalla, kun supernova on edelleen kirkas", kertoivat tähtitieteen ja planeettatieteen professori Shri Kulkarni, John D. ja Catherine T. MacArthur. ja tutkimuksen toinen kirjoittaja. "Kiitos Observatorion kyvyn reagoida tällaisiin supernovatapahtumiin lyhyellä varoitusajalla, löytöryhmä pystyi tuottamaan hienoja kuvia, joiden avulla he pystyivät tarkkailemaan onnistuneesti valon nousua ja pudotusta jokaisesta iPTF16geun neljästä kuvasta."

Tavallinen kynttilä valaisee uutta valoa maailmankaikkeuden laajentumiseen

This discovery is highly interesting to scientists because Type Ia supernovas can be used as a “standard candle” to calculate galactic distances.

A standard candle is an astrophysical object that emits a certain, known amount of light. In this case, the object is a Type Ia supernova, a class of dying stars that always explode with the same absolute brightness. If astronomers know such an object’s true luminosity, they can infer its distance from Earth. The dimmer the object, the farther away it is.

The magnifying power of gravitational lensing

This rare discovery is made possible through gravitational lensing, a phenomenon that was first predicted by Albert Einstein in 1912. As light of the distant object passes by a massive object such as a galaxy cluster in the foreground, it gets bent by gravity, just as light gets bent passing through a lens. When the foreground object is massive enough, it will magnify the object behind it. In iPTF16geu’s case, its light was magnified by up to 50 times and bent into four separate images by a galaxy in front of it.

The discovery team analyzed the four lensed images of iPTF16geu, measured how long it took for the light from each image to journey to Earth (light is not bent in the same way in each image, so the travel times are slightly different), then used the differences in the arrival times to calculate the expansion rate of the universe — known as the Hubble constant.


Adaptive optics in biology

For centuries, astronomers looking up at the heavens through a telescope had a problem on their hands – the quality of their images depended on the strength and direction of the wind in the air. Trouble is, the Earth’s atmosphere isn’t uniform because its density – and thus its refractive index – varies from point to point as the wind blows. Result: distorted images.

In 1953, however, astronomer Horace Babcock proposed a clever solution, which was to bounce incoming light off a device that can rapidly correct for changes in optical path-length, which flattens the wave-front and so counteracts the effects of aberration. Any remaining wave-front errors are measured after the correction, before a feedback control loop uses the measurement to continuously adjust the corrections applied to the wave-front.

That was the principle behind “adaptive-optics” technology, which has since gone on to become a routine and invaluable part of astronomy. Turns out, however, that the same principles can be used in microscopy too, leading to many applications of adaptive optics in medicine and biology too, as I’ve discovered by commissioning and editing a new short-form Physics World Discovery ebook by Carl Kempf.

Kempf is a senior systems engineer at the California-based firm Iris AO, Inc, which is heavily into adaptive-optics technology, having worked on sensing, actuation, and control systems for high-precision devices for more than 30 years. I’m pleased to say that Kempf’s short ebook, Adaptive Optics in Biology, is now available for you to read free in EPUB, Kindle and PDF format via this link.

To give you some more idea of what the book is about and his career to date, I put some questions to Kempf, which you can read below. Don’t forget either that there are plenty of other books in the Physics World Discovery series, ranging from multimessenger astronomy to quantitative finance.

1. Carl, can you tell us about how you ended up working for Iris AO?

My background is in control systems, and adaptive optics is an interesting area that a lot of traditional control engineers overlook. When the chance to build the controller for the Iris adaptive-optic mirror came along, I couldn’t resist.

2. What does the firm mostly do and what’s your role there?

The company’s core product is a family of deformable mirrors build using techniques from micro-electromechanical systems (MEMS). Unlike most other mirrors, the devices have an optical surface that is an array of individual hexagonal segments. This offers some significant advantages, but requires a little bit of sophistication in the controller design. We also build some closed-loop systems our customers can use in simple applications or use a starting point for their own development of more sophisticated systems. My role is to oversee the development of the electronics and software that our customers use.

3. Why do you find adaptive optics such an exciting technology?

First, it is just such a simple but clever idea. As an engineer, I appreciate that. Second, to see an image sharpen up dramatically when the adaptive-optics controller is turned never gets old. It is just a neat thing to see.

4. What’s been your favourite application of it so far?

Probably retinal imaging. Being able to see details like blood flow in real time is fascinating. There is so much complex biology at work in the eye it is really pretty amazing to me, particularly coming from an engineering background. Knowing that the technology we build enables this is rewarding. Another aspect is that researchers often image themselves when first testing out a system, just because we are readily available. Taking these hi-tech “selfies” is fun.

5. Why would you encourage other scientists to take an interest in the field?

Adaptive optics is basic enabling technology that is going to be present in all the highest performance optical imaging systems regardless of whether it is astronomy, biology, or other fields. A basic knowledge of what adaptive optics is and how it works is useful to a scientist, particularly if they are lucky enough to get some time on an adaptive-optic-equipped system.

You can read Kempf’s Physics World Discovery book Adaptive Optics in Biology completely free via this link. For all titles in the series, please go here.