Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
ESO протестировала новый звездный лазерный гид Wendelstein, выпустив мощный лазерный луч в атмосферу. [1]
Пример искусственной опорной звезды.

Лазерной направляющая звезда искусственного звезда изображение , созданное для использования в астрономических адаптивных оптических системах, которые используются в больших телескопов с целью правильное атмосферное искажение света ( так называемые астрономическими проводы ). Адаптивная оптика (АО) системы требуют волнового фронта эталонного источника света называется гид звезда . 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 естественных опорных звезд . Вместо этого можно создать искусственную звезду-проводник, посветивлазер в атмосферу . Свет от луча отражается компонентами в верхних слоях атмосферы обратно в телескоп. Эту звезду можно расположить в любом месте, куда пожелает телескоп , открывая гораздо большие участки неба для адаптивной оптики.

Поскольку лазерный луч отклоняется астрономическим зрением на пути вверх, возвращающийся лазерный свет не движется по небу, как это делают астрономические источники. Для того чтобы сохранить астрономические изображения устойчивыми, естественные звезды поблизости в небе должны контролироваться для того , чтобы движение лазерных направляющей звезды может быть вычтена с использованием наклонами зеркала . Однако эта звезда может быть намного слабее, чем требуется для адаптивной оптики естественной звезды-проводника, поскольку она используется для измерения только угла наклона и наклона, а все искажения более высокого порядка измеряются с помощью лазерной направляющей звезды. Это означает, что подходит гораздо больше звезд, и, соответственно, доступна большая часть неба.

Типы [ править ]

Один из стартовых телескопов для комплекса VLT Four Laser Guide Star Facility. [3]

Существует два основных типа лазерных опорных звезд, известных как натриевые и рэлеевские опорные звезды.

Радиомаяки натрия создаются с помощью лазера , настроенного на 589,2 нм , чтобы возбудить атомы в слое натрия в мезосфере на высоте около 90 км (56 миль). Затем атомы натрия повторно излучают лазерный свет, создавая светящуюся искусственную звезду. Такой же атомарный переход натрия используется в натриево-паровых лампах для уличного освещения .

Маяки Рэлея полагаются на рассеяние 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, поэтому рассеянный свет на уровне земли игнорируется и только свет, который прошел в течение нескольких микросекунд высоко в атмосферу. и обратно фактически обнаружен).

Лазерная разработка [ править ]

Лазеры на красителях были первыми лазерными источниками, которые использовались в приложениях для лазерных направляющих звезд. [4] [5] [6] [7] Эти перестраиваемые лазеры продолжают играть важную роль в этой области. [8] [9] Однако некоторые исследователи сочли использование жидких усиливающих сред невыгодным. [10] Лазерные источники второго поколения для натриевых направляющих звезд включают твердотельные лазеры со смешанной частотой. [11] Новые лазерные системы третьего поколения, основанные на перестраиваемых диодных лазерах с последующим узкополосным рамановским усилением и преобразованием резонансной частоты, разрабатываются с 2005 года. С 2014 года полностью спроектированные системы коммерчески доступны. [12]Важные выходные характеристики перестраиваемых лазеров, упомянутые здесь, включают ограниченную дифракцией расходимость пучка и излучение с узкой шириной линии. [7]

Прогресс [ править ]

Натриевая лазерная направляющая звезда для использования в адаптивной оптике для коррекции атмосферных искажений, как полагают, была изобретена физиком из Принстона Уиллом Хаппером в 1982 году в рамках Стратегической оборонной инициативы , но в то время она была засекречена . [13]

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 для научных наблюдений регулярно использовались только две системы AO с лазерными направляющими звездами, которые способствовали опубликованию результатов в рецензируемой научной литературе: в обсерваториях Лик и Паломар в Калифорнии и в обсерватории Кек на Гавайях . Тем не менее, системы лазерных направляющих звезд разрабатывались в большинстве крупных телескопов, включая телескоп Уильяма Гершеля , Очень большой телескоп и Gemini North.испытав лазеры в небе, но еще не добившись нормальной работы. Другие обсерватории, разрабатывающие лазерные системы АО с 2006 года, включают Большой бинокулярный телескоп и Gran Telescopio Canarias . Лазерная система звезд-проводников на Очень Большом телескопе начала регулярную научную работу в июне 2007 года [14].

Мощный лазерный гид по звездной системе в обсерватории Паранал .

С апреля 2016 года [15] система 4 Laser Guide Star (4LGSF) была установлена ​​на Очень большом телескопе ESO (VLT) [16] в качестве новой подсистемы Adaptive Optics Facility (AOF). [17]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 адаптивной оптикой. 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. [18] [19]

Обновление до четырех лазеров с волоконной рамановской лазерной технологией необходимо для поддержки новых инструментов в обсерватории Паранал [16], таких как HAWK-I (с GRAAL) [20] и MUSE (с GALACSI). [21] Кроме того, с 4LGSF стабильность повышена, объем профилактического обслуживания и время подготовки к запуску наблюдений будут значительно сокращены 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 , [22]который будет 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. [23]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, таким образом, неспособным к флуоресценции. 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. [23]

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Лазер встречает молнию» . Изображение недели ESO . Европейская южная обсерватория.
  2. ^ "Новый мощный лазер проходит ключевой тест" . ESO . Проверено 2 апреля 2014 года .
  3. ^ "Новые лазерные пусковые установки VLT прибывают в ESO" . Объявление ESO . Проверено 22 февраля 2012 года .
  4. ^ Эверетт, Патрик Н. (1989). «Лазер на красителях мощностью 300 Вт для полевого экспериментального участка». Материалы Международной конференции по лазерам '88 : 404–9. Bibcode : 1989lase.conf..404E . OCLC 20243203 . ОСТИ 5416850 .  
  5. ^ Приммерман, Чарльз А .; Мерфи, Дэниел В .; Page, Daniel A .; Zollars, Byron G .; Барклай, Герберт Т. (1991). «Компенсация атмосферных оптических искажений с помощью синтетического радиомаяка». Природа . 353 (6340): 141–3. Bibcode : 1991Natur.353..141P . DOI : 10.1038 / 353141a0 . S2CID 4281137 . 
  6. ↑ Bass, Isaac L .; Бонанно, Регина Э .; Хакель, Ричард П .; Хаммонд, Питер Р. (1992). «Лазер на красителях высокой средней мощности в Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса». Прикладная оптика . 31 (33): 6993–7006. Bibcode : 1992ApOpt..31.6993B . DOI : 10,1364 / AO.31.006993 . PMID 20802559 . 
  7. ^ а б Дуарте FJ (2001). «Многократная расходимость луча и уравнение ширины линии». Прикладная оптика . 40 (18): 3038–41. Bibcode : 2001ApOpt..40.3038D . DOI : 10,1364 / AO.40.003038 . PMID 18357323 . 
  8. ^ Пике, Жан-Поль; Фаринотти, Себастьян (2003). «Эффективный безмодальный лазер для мезосферной натриевой лазерной звезды-проводника» . Журнал Оптического общества Америки B . 20 (10): 2093–101. Bibcode : 2003OSAJB..20.2093P . DOI : 10.1364 / JOSAB.20.002093 .
  9. ^ Wizinowich, Питер Л .; Ле Миньян, Давид; Bouchez, Antonin H .; Кэмпбелл, Рэнди Д.; Чин, Джейсон CY; Contos, Adam R .; Ван Дам, Маркос А .; Хартман, Скотт К .; и другие. (2006). "Система адаптивной оптики звезды обсерватории WM Keck. Обзор" (PDF) . Публикации Тихоокеанского астрономического общества . 118 (840): 297–309. Bibcode : 2006PASP..118..297W . DOI : 10.1086 / 499290 .
  10. ^ Комаски, Брайан; Олт, граф; Кукло, Томас (6 ноября 2003 г.), Среда с высокой средней мощностью лазерного усиления с низким оптическим искажением с использованием поперечно текущей жидкой основы , получено 19 марта 2016 г.
  11. ^ Д'Оржевиль, Селин ; Фетцер, Грегори Дж. (2016). Четыре поколения натриевых управляющих звездных лазеров для адаптивной оптики в астрономии и космической ситуационной осведомленности . Системы адаптивной оптики V. 9909 . ШПИОН. Bibcode : 2016SPIE.9909E..0RD . DOI : 10.1117 / 12.2234298 . ISBN 9781510601970.
  12. ^ "SodiumStar 20/2 - Настраиваемый сверхмощный путеводный звездный лазер непрерывного излучения" (PDF) . www.toptica.com . TOPTICA Photonics AG . Проверено 28 мая 2019 .
  13. ^ Оливье, СС; Макс, CE "Laser Guide Star Adaptive Optics: настоящее и будущее". Bibcode : 1994IAUS..158..283O . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  14. ^ Маркус Каспер; Стефан Стробеле; Ричард Дэвис; Доменико Боначчини Калия (13 июня 2007 г.). «Свободно от атмосферы - система Laser Guide Star на ESO VLT начинает регулярные научные операции» . ESO для общественности . ESO . Проверено 2 июня 2011 года .
  15. ^ "Четыре лазера над Параналем" . Европейская южная обсерватория . Проверено 27 апреля 2016 года .
  16. ^ a b «Очень большой телескоп - самая передовая в мире астрономическая обсерватория видимого света» . Европейская южная обсерватория .
  17. ^ «Адаптивная оптика» . Европейская южная обсерватория .
  18. ^ "ESO подписывает сделку по передаче технологии" . Объявление ESO .
  19. ^ «Звездные единицы лазерного гида приняты и отправлены в Чили» . Объявление ESO .
  20. ^ "HAWK-I - High Acuity Wide-field тепловизор K-диапазона" . Европейская южная обсерватория .
  21. ^ "MUSE - Multi Unit Spectroscopic Explorer" . Европейская южная обсерватория .
  22. ^ "Европейский чрезвычайно большой телескоп - самый большой глаз в мире, смотрящий на небо" . Европейская южная обсерватория .
  23. ^ а б Д. Боначчини Калия Д. Будкер Дж. М. Хигби В. Хакенберг Р. Хольцлохнер, С. М. Рочестер. Оптимизация эффективности путеводной звезды непрерывного натриевого лазера. Астрономия и астрофизика, 510, 2010.

Внешние ссылки [ править ]

  • ESOcast 34: Как остановить мерцание звезды
  • Тестирование нового компактного лазерного гида ESO Star Unit
  • Лазерное зрение Близнецов открывает новые поразительные детали в туманности Ориона