Ottica attiva - Active optics

Attuatori dell'ottica attiva del Gran Telescopio Canarias .

L'ottica attiva è una tecnologia utilizzata con i telescopi riflettenti sviluppata negli anni '80, che modella attivamente gli specchi di un telescopio per prevenire la deformazione dovuta a influenze esterne come vento, temperatura, stress meccanico. Senza ottica attiva non è possibile la costruzione di telescopi di classe 8 metri, né sarebbero realizzabili telescopi con specchi segmentati.

Questo metodo è utilizzato, tra gli altri, dal Nordic Optical Telescope , dal New Technology Telescope , dal Telescopio Nazionale Galileo e dai telescopi Keck , nonché da tutti i più grandi telescopi costruiti dalla metà degli anni '90.

L'ottica attiva non deve essere confusa con l'ottica adattiva , che opera in tempi più brevi e corregge le distorsioni atmosferiche.

In astronomia

Prototipo di parte del sistema di supporto adattivo dell'E-ELT .

La maggior parte dei telescopi moderni sono riflettori, con l' elemento primario che è uno specchio molto grande . Storicamente, gli specchi primari erano piuttosto spessi per mantenere la corretta figura superficiale nonostante le forze che tendessero a deformarla, come il vento e il peso stesso dello specchio. Questo limita il loro diametro massimo di 5 o 6 metri (200 o 230 pollici), come Palomar s' telescopio Hale .

Una nuova generazione di telescopi costruiti a partire dagli anni '80 utilizza invece specchi sottili e più leggeri. Sono troppo sottili per mantenersi rigidamente nella forma corretta, quindi una serie di attuatori è fissata sul lato posteriore dello specchio. Gli attuatori applicano forze variabili al corpo dello specchio per mantenere la superficie riflettente nella forma corretta durante il riposizionamento. Il telescopio può anche essere segmentato in più specchi più piccoli, che riducono il cedimento dovuto al peso che si verifica per i grandi specchi monolitici.

La combinazione di attuatori, un rilevatore di qualità dell'immagine e un computer per controllare gli attuatori per ottenere la migliore immagine possibile, è chiamata ottica attiva .

Il nome ottica attiva significa che il sistema mantiene uno specchio (di solito il primario) nella sua forma ottimale contro le forze ambientali come vento, abbassamento, espansione termica e deformazione dell'asse del telescopio. L'ottica attiva compensa le forze di distorsione che cambiano in modo relativamente lento, all'incirca su scale temporali di secondi. Il telescopio è quindi attivamente fermo, nella sua forma ottimale.

Confronto con l'ottica adattiva

L'ottica attiva non deve essere confusa con l'ottica adattiva , che opera su una scala temporale molto più breve per compensare gli effetti atmosferici, piuttosto che la deformazione dello specchio. Le influenze che l'ottica attiva compensa (temperatura, gravità) sono intrinsecamente più lente (1 Hz) e hanno un'ampiezza maggiore nell'aberrazione. L'ottica adattiva d'altra parte corregge le distorsioni atmosferiche che influiscono sull'immagine a 100–1000 Hz (la frequenza di Greenwood , a seconda della lunghezza d'onda e delle condizioni meteorologiche). Queste correzioni devono essere molto più veloci, ma hanno anche un'ampiezza minore. Per questo motivo, l'ottica adattiva utilizza specchi correttivi più piccoli . Questo era uno specchio separato non integrato nel percorso della luce del telescopio, ma oggi può essere il secondo , il terzo o il quarto specchio di un telescopio.

Altre applicazioni

Anche configurazioni laser complesse e interferometri possono essere stabilizzati attivamente.

Una piccola parte del raggio fuoriesce attraverso specchi di direzione del raggio e un diodo a quattro quadranti viene utilizzato per misurare la posizione di un raggio laser e un altro nel piano focale dietro una lente viene utilizzato per misurare la direzione. Il sistema può essere velocizzato o reso più immune al rumore utilizzando un controller PID . Per i laser pulsati, il controller deve essere bloccato sulla frequenza di ripetizione. È possibile utilizzare un raggio pilota continuo (non pulsato) per consentire una larghezza di banda di stabilizzazione fino a 10 kHz (contro vibrazioni, turbolenza dell'aria e rumore acustico) per laser a bassa frequenza di ripetizione.

A volte gli interferometri di Fabry-Pérot devono essere regolati in lunghezza per superare una data lunghezza d'onda. Pertanto, la luce riflessa viene estratta mediante un rotatore di Faraday e un polarizzatore . Piccole variazioni della lunghezza d'onda incidente generate da un modulatore acusto-ottico o interferenze con una frazione della radiazione in entrata forniscono l'informazione se il Fabry Perot è troppo lungo o troppo corto.

Le cavità ottiche lunghe sono molto sensibili all'allineamento dello specchio. Un circuito di controllo può essere utilizzato per il picco di potenza. Una possibilità è quella di eseguire piccole rotazioni con uno specchio di estremità. Se questa rotazione è all'incirca nella posizione ottimale, non si verifica alcuna oscillazione di potenza. Qualsiasi oscillazione di puntamento del raggio può essere rimossa utilizzando il meccanismo di orientamento del raggio sopra menzionato.

Si sta studiando anche l'ottica attiva ai raggi X , che utilizza specchi di incidenza radente attivamente deformabili.

Guarda anche

Riferimenti

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