Astronomi

Dijital uyarlanabilir optikler mümkün mü?

Dijital uyarlanabilir optikler mümkün mü?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Uyarlanabilir optikler, atmosferik türbülansı hesaba katmak için genellikle aynalara küçük değişiklikler uygular. Bunlar genellikle ya bir aynanın her biri kendi aktüatörü olan daha küçük aynalara bölünmesini ya da tek bir büyük aynanın birçok farklı aktüatör tarafından hafifçe deforme edilmesini gerektirir.

Bunların çoğunu dijital olarak yapmak mümkün mü?

Yazılım, pasif bir aynadan toplanan her zaman diliminde her pikseli hafifçe azaltamaz veya büyütemez mi? Bu değişiklikler, bir kılavuz yıldız veya lazer tarafından ölçülen bozulmalara bağlı mı olacak (bu dijital sistem yine de bir kılavuz ışığa ihtiyaç duyacaktır)? Bunun muhtemelen gerçek uyarlanabilir optikten daha az doğru olacağından şüpheleniyorum, ancak aynı zamanda çok daha ucuz olurdu (çok fazla aktüatöre ihtiyacınız olmayacağından).

Bu yaklaşım araştırıldı ve bırakıldı mı? Saçma ve hatta teorik olarak mümkün değil mi? Bu fikri araştıran bir şey olup olmadığını merak ediyorum.


Yaklaşımınızdaki sorun, deforme olabilen aynanın evre Işığın odaklanmadığı aynanın karşısındaki ışığın görüntüsü. Sensör dizisindeki ışık odaklanır ve elde ettiğiniz şey, yoğunluk bu kabaca, aynadaki faz cephesinin Fourier Dönüşümü. Yoğunluğa sahip olduğunuzda, faz bilgisi kaybolmuştur.

Netlik için düzenle:

sensör dizisi ölçümler yoğunluk, hangi noktada faz bilgisi geri alınamaz. Sensör dizisini çıkarır ve odak düzlemini yeniden ölçerseniz, evet, faz bilgisi alabilirsiniz -- bkz. "Plenoptik kameralar".

Şimdi, başka teknikler de var -- temelde mümkün olduğu kadar çok görüntü alan ve çarpık olanları atan "Şanslı Görüntüleme" üzerine makaleler aramak ilginizi çekebilir.


Yeterli hesaplama gücü ile bir kamera sensörünün her pikseli ayrı ayrı işlenebilir. Sensördeki ışık seviyelerindeki değişiklikleri telafi etmek için çıkışlar yükseltilir veya azaltılır. İstifleme algoritmaları, sabit bir girdi almayan pikselleri atabilir.

Maksimum fotoğraf alışverişi. Astro Fotoğrafçıların hayatını kolaylaştırın. Diğer herkes için sorun, bilimin nerede sanat haline geldiğine karar vermek olacaktır.


Aynanın her parçası görüntüdeki her piksele katkıda bulunur ve atmosferik bozulma cepleri sadece 10-20 cm genişliğinde olabilir. 30+ cm'lik bir teleskopla zayıf görüş koşullarında parlak bir gezegene bakarsanız, görüntü, her biri aynanın farklı bir bölümünden gelen ve hizaya giren birkaç alt görüntü yığını gibi görünür. Aşırı basitleştirmek için, uyarlanabilir optik sistemler, bu alt görüntüleri hizalı tutmak için ayna segmentlerini sürekli olarak değiştirir.

Aktüatör maliyetini ortadan kaldırmak karşılığında çok daha yüksek bir dedektör maliyetini kabul edebilirseniz, her biri kendi video kamerasına sahip bir dizi küçük teleskop yapmak ve değişen alt görüntüleri yazılımda hizalamak mümkündür. Ancak daha sonra, üstesinden gelinmesi gereken kendi zorluk kategorisine sahip bir optik interferometre yapmadığınız sürece, daha küçük açıklıklar tarafından kırınım, sistem çözünürlüğünü sınırlar.


@CarlWitthoft'un cevabı yanlış değilse yanıltıcıdır.

Bir alanın Fourier dönüşümü faz bilgisini kaybetmez. Işığın başka bir odak uzaklığına kaymasına izin verirseniz ve ardından aynı aynayı kullanırsanız, teleskop giriş açıklığındaki ilk elektrik alan dağılımı olayını tamamen kurtarırsınız. Burada bilgi kaybolmaz.

Sorun kesinlikle optikle ilgili değil.

Sorun, dedektörün (silikon CCD veya fotoğraf plakası veya her neyse) ışığın zamana göre ortalama yoğunluğunu ölçmesidir. mutlak değerin karesi dedektörün yüzeyindeki alanın. bu kare alma ve ortalama faz bilgisini kurtarılamaz hale getiren geleneksel algılama şemalarında.

Kameralar için faza duyarlı pikseller yapmaya çalışmakla ilgili bütün bir araştırma alanı var, ancak bu oldukça akademik ve bunu yapmaya çalıştığınızda çözünürlük ve diğer performans ölçümlerinde önemli ölçüde kaybediyorsunuz.

Peki ya daha uzun dalga boyları?

Senin fikrin radyo astronomisinde çalışabilir ve gerçekten işe yarar, mikrodalgalar ve milimetre dalgaları için bile. Bunun nedeni, her piksel tarafından alınan elektrik alanının (ki bu, bir dizi çanak antendir) gerçekten kesinlikle sayısallaştırılabilmesidir. Bir THz kadar yüksek frekansları bir veya iki GHz'e düşürürler ve ardından son derece hızlı ADC'lerle yükseltip dijitalleştirirler.

Bu yapıldıktan sonra, yazılımdaki anten dizinize gelen dalga cephesindeki bozulmaları düzeltebilirsiniz. Bu süreç, Uyarlamalı Optikler Radyo Astronomide Yararlı Olur mu?


Şanslı ve Uyarlanabilir Optikler

Adaptive Optics tekniklerinin belirli alanlarda başarılı olduğuna şüphe yoktur. Referans yıldızı yeterince parlak olduğunda, çok yüksek Strehl oranlarına ulaşmak mümkün olmuştur ve Uyarlamalı Optikler, uygun dedektör sistemlerinin eksikliğinden dolayı Şanslı Görüntüleme tekniklerini henüz uygulamaya çalışmadığımız yakın kızılötesinde yaygın olarak kullanılmıştır. Ancak Lucky Imaging'in başarılarının Adaptive Optics'inkileri aştığı bazı durumlar vardır. Şanslı görüntülemenin üstün olduğu koşulları anlamak için, Uyarlanabilir Optik sistemlerin genel olarak çalışma şekline bakmamız gerekir.

Adaptive Optics, teleskop açıklığını r mertebesindeki hücrelere bölerek çalışır.0 ve her hücredeki referans yıldızın saptanması. Bu genellikle Shack Hartmann sensörüyle yapılır:

Üretilen görüntüler, Shack Hartmann sensöründeki mercekciklerin her birinden bir yıldıza ait bir dizi görüntünün olduğunu göstermektedir.

Tipik bir görüntü dizisini gösteren bir film (1.3 MBtyes) görüntüye tıklanarak izlenebilir. Bu, bir Shack-Hartmann sensöründe (JOSE Kamera) 8x8 mercek dizisini kullanan La Palma'daki 4.2m William Herschel Teleskobu'ndan alınan görüntüleri göstermektedir.

Her hücre içindeki yıldızın göreli hareketleri ve konumları daha sonra herhangi bir anda dalga cephesindeki faz hatalarının ne olduğunu bulmak için kullanılır ve bu faz hatalarını telafi etmek için bilgisayar kontrollü esnek bir ayna bozulur. Böyle bir sistemin şeması aşağıda gösterilmektedir, burada yıldızdan gelen mavi ışık, dalga cephesi sensörü için yukarıda gösterilenlere benzer bir görüntü vermek için kullanılır ve çıkarsanan dalga cephesi hataları, bir dalga cephesi düzelticiyi (burada esnek bir ayna) hareket ettirmek için kullanılır. giriş dalga cephesindeki hatalar ve bu nedenle bilim aletine düzeltilmiş (ve ideal olarak kırınım sınırlı) bir dalga cephesi iletir.


(Gordon Love, Durham'dan görüntü).

Referans yıldız çok parlaksa, faz hatalarının ne olduğunu bulmak ve değişmeden önce düzeltmek mümkün olabilir (ve milisaniye düzeyindeki zaman ölçeklerinde çok hızlı değiştiklerini unutmayın). Referans yıldızın her halükarda çok parlak olması gerekir çünkü Şanslı Görüntüleme tekniğinde olduğu gibi teleskopun tüm açıklığından ziyade sensörün her bir hücresinde iyi sinyal-gürültü ile algılanmalıdır. Tipik olarak, sensördeki belki de 20 hücre, 2,5 metrelik bir teleskopla kullanılacaktır. Pratikte bu, uyarlanabilir optiklerin kullanılabilmesi için bilimsel ilgi nesnesine yeterince yakın bir referans yıldızın bulunma olasılığının çok küçük olduğu anlamına gelirken, Lucky Imaging ile çok daha sönük referans yıldızlarla çalışabiliyoruz. Bu nedenle, görüş alanımız içinde bir referans yıldız bulma olasılığımızın çok daha yüksek olduğunu görüyoruz. Referans yıldız büyüklükleri ve mevcudiyeti hakkında daha fazla bilgi için buraya tıklayın.

İzoplanatik Yama Boyutu

Adaptive Optics uygulamasını büyük ölçüde etkileyen diğer bir problem ise sınırlı izoplanatik yamadır. Astronomide sadece iki nesneyi çözmekten mutlu olduğumuz birkaç durum vardır. Bileşenleri ayırabilmemiz ve göreli hareketlerine bakabilmemiz için çok yakın bir yıldız çiftine bakmak isteyebiliriz. Bununla birlikte, neredeyse tüm astronomi, konumları ve parlaklıkları yararlı bir doğrulukla ölçebilmemiz için, incelenen nesnenin parlaklığını alandaki diğerleriyle karşılaştırmaya bağlıdır. Uyarlanabilir optikle ilgili sorun, yıldız görüntülerinin şeklinin, bir nesnenin referans yıldızdan uzaklığıyla çok hızlı değişmesidir. Bunun nedeni, uyarlanabilir optiklerin, özellikle kötü oldukları zamanlar da dahil olmak üzere, atmosferdeki faz dalgalanmalarını her an telafi etmeye çalışmasıdır. Bu koşullar ne kadar zayıfsa, referans yıldızdan uzaklaştıkça görüntünün şekli o kadar hızlı değişir. Lucky Imaging ile faz dalgalanmaları kötü olduğunda oluşan görüntüleri atıyoruz ve yalnızca en az etkilenenleri kullanıyoruz. Bu bize görüntü boyunca çok daha yavaş değişen yıldız görüntü profilleri verir. Bu, yalnızca gökbilimciler için çalışması çok daha kolay olan görüntüler elde ettiğimiz anlamına gelmiyor, aynı zamanda, uyarlanabilir optiklerle mümkün olandan çok daha geniş bir gökyüzü alanı üzerinde referans yıldızları bulabileceğimiz anlamına geliyor. Referans yıldızları aramak için bu daha geniş alan, bir tane bulma olasılığımızın çok daha yüksek olduğu anlamına gelir. Avrupa Güney Gözlemevi VLT'nin bulunduğu Paranal'da ölçülen izoplanatik yamanın ortalama boyutu, V bandında sadece yaklaşık 2,6 ark saniyedir (850 nm'de I bandında yaklaşık 4,5 arksn'ye eşdeğer), oysa bizim ölçümlerimiz izoplanatik yamanın 1'e yaklaştığını verdi. çap olarak ark dakikası. Lucky görüntülemenin neden Adaptive Optics'ten çok daha büyük bir izoplanatik yama sağladığı hakkında daha fazla bilgi için buraya tıklayın.

Atmosferik Türbülans Modeli Problemleri

Uyarlamalı Optik sistemlerin devreye alındığı ve beklenenden daha az iyi olduğu anlaşıldığında ancak netleşen son bir sorun, atmosferik türbülansın Kolmogorov türbülans teorisine dayalı modellerin öngördüğüne çok benzer bir güç spektrumuna sahip olmasına rağmen, pratikte gerçekte bulunan türbülans, Adaptif Optik sistemlerin yapımını çok daha zorlaştıracak şekilde önemli ölçüde farklıdır. Atmosferik türbülansın karmaşıklığı hakkında daha fazla bilgi için buraya tıklayın.


Dijital uyarlanabilir optikler mümkün mü? - Astronomi

Dünya atmosferinin türbülansı, ELT'ye ev sahipliği yapan Şili'deki Cerro Armazones de dahil olmak üzere, astronomi için dünyanın en iyi yerlerinde bile elde edilen görüntüleri bozuyor.

Teleskop, görüntülerinin diğer herhangi bir teleskoptan daha keskin olmasını sağlamak için inanılmaz derecede karmaşık 'uyarlanabilir optik' teknolojileri kullanacak.

Teleskop, görüntülerinin diğer herhangi bir teleskoptan daha keskin olmasını sağlamak için inanılmaz derecede karmaşık 'uyarlanabilir optik' teknolojileri kullanacak.

Dünya atmosferinin türbülansı, ELT'ye ev sahipliği yapan Şili'deki Cerro Armazones de dahil olmak üzere, astronomi için dünyanın en iyi yerlerinde bile elde edilen görüntüleri bozuyor.

Teleskop, görüntülerinin diğer herhangi bir teleskoptan daha keskin olmasını sağlamak için inanılmaz derecede karmaşık 'uyarlanabilir optik' teknolojileri kullanacak.

Dünya atmosferindeki türbülans, yıldızların, şairleri sevindiren ama kozmosun en ince ayrıntılarını bulanıklaştırdığı için astronomları hayal kırıklığına uğratan bir şekilde parlamasına neden olur. Doğrudan uzaydan gözlem yapmak, bu atmosferik bulanıklık etkisini önleyebilir, ancak yer tabanlı tesislerin kullanılmasına kıyasla uzay teleskoplarını çalıştırmanın yüksek maliyetleri, Dünya dışına yerleştirebileceğimiz teleskopların boyutunu ve kapsamını sınırlar.

Gökbilimciler, uyarlanabilir optik adı verilen bir yönteme yöneldiler. Bilgisayarlar tarafından kontrol edilen gelişmiş, deforme olabilen aynalar, Dünya atmosferinin türbülansının neden olduğu bozulmayı gerçek zamanlı olarak düzeltebilir ve elde edilen görüntüleri neredeyse uzayda çekilenler kadar (veya ELT durumunda, daha keskin) hale getirebilir. . Uyarlanabilir optikler, düzeltilmiş optik sistemin, zeminden mümkün olandan çok daha sönük astronomik nesnelerin daha ince ayrıntılarını gözlemlemesine olanak tanır.

Bu çizim, bulutsu NGC 3603'ün üç farklı teleskop tarafından nasıl görülebileceğini göstermeyi amaçlamaktadır: NASA/ESA Hubble Uzay Teleskobu, ESO'nun uyarlanabilir optik modüllerinin yardımıyla Çok Büyük Teleskopu ve Aşırı Büyük Teleskop. Kredi bilgileri: ESO

Uyarlanabilir optik, incelenen nesneye çok yakın olan oldukça parlak bir referans yıldız gerektirir. Bu referans yıldız, yerel atmosferin neden olduğu bulanıklığı ölçmek için kullanılır, böylece deforme olabilen ayna bunu düzeltebilir. Uygun yıldızlar gece gökyüzünde her yerde bulunmadığından, gökbilimciler, Dünya'nın üst atmosferine güçlü bir lazer ışını göndererek yapay yıldızlar oluşturabilirler. Bu lazer kılavuz yıldızlar sayesinde, artık neredeyse tüm gökyüzü uyarlanabilir optiklerle gözlemlenebiliyor. ELT, bu lazerlerden sekiz adede kadar sahip olacaktır.

Şimdiye kadar yapılmış en büyük uyarlanabilir aynadan gelişmiş kontrol sistemlerine kadar, ELT, Dünya atmosferinin bulanık etkilerini düzeltmek için şimdiye kadar bir teleskopta kullanılan en gelişmiş teknolojilerden bazılarına sahip olacak. Şu anda yapım aşamasında olan bu sayfa, bu teknolojileri keşfedecektir.

Bu video, birçok ESO teleskopunda kullanılan bir teknik olan uyarlamalı optiğin ilkelerini açıklıyor. Kredi bilgileri: ESO


UYARLANABİLİR OPTİK ve ASTRONOMİ

SciMeasure kameraları, gerçek dünya durumlarında mümkün olan en iyi performansı verecek şekilde tasarlanmıştır. Çok bağlantı noktalı geleneksel CCD'lere odaklanmak, kameralarımızın gerçek dünya sinyal seviyelerinde elektron çarpmasına dayanan CCD'lerden daha iyi sinyal-gürültü üretmesi anlamına gelir. Arkadan aydınlatmalı CCD'lere odaklanmak, kameralarımızın CMOS sensörleri dahil tüm önden aydınlatmalı sensörlerden çok daha iyi QE, MTF ve kozmetiklere sahip olduğu anlamına gelir. Büyük pikselli daha derin CCD'lere odaklanmak, kameralarımızın küçük piksel CCD'ler ve CMOS sensörlerinden daha yüksek gerçek dinamik aralığa ve daha yüksek sinyal-gürültüye sahip olduğu anlamına gelir. Büyük pikseller ayrıca hedefi sensöre bağlamayı çok daha kolaylaştırır.

NIRSPEC/MAGIQ kılavuz kamera görüntüsü
Kredi: Diane Wooden, NASA Ames/Mike DiSanti, NASA GSFC/Eliot Young SwRI/Al Conrad, Jim Lyke ve Terry Stickel, WMKO


Uyarlanabilir Optik: Bir Giriş

16.2.a BAZI TEMEL İLİŞKİLER

Uyarlanabilir optik sistemlerin gerekliliklerini göstermek için, ilk önce tartışmamızda ihtiyaç duyulan bazı gerekli ilişkileri sunuyoruz. Bu bölümde, Beckers'ın (1993) mükemmel bir incelemesinden yararlanıyoruz.

Dalga cephesindeki faz değişimlerinin tespiti ve telafisi, genellikle hedef nesnenin yakınındaki bir referans nesnesinin dalga cephesini ölçerek yapılır. Bu yöntem, bu iki nesne arasındaki açısal ayrım, aşağıdakilerden daha az ise başarılı olur. izoplanatik açı θ0. Bu açıya iyi bir yaklaşım

nerede H türbülanslı katmanın ortalama mesafesidir. Bu açı, 0,3'lük bir yanal kaymaya karşılık gelir.r0 θ ile ayrılmış kaynaklardan gelen dalga cepheleri arasında0, dolayısıyla dalga cepheleri arasındaki ortak alandaki örtüşme yaklaşık %60'tır.

θ ayrılıklarında0 referans ve hedef dalga cepheleri arasındaki rms farkı ≅ λ/6'dır. İçin r0 = Tablo 16.1'deki ilk satırdan 26 cm ve H = 5 km, buluruz we0 = 3.4 ark-sn. Görsel aralıkta, istenen hedeflerin sadece küçük bir kısmı, izoplanatik açı içinde uygun referans nesnelerine sahiptir. Bu, aşağıdaki bölümde kısaca yorumlayacağımız bir konu olan lazer kılavuz yıldızların geliştirilmesine yol açmıştır. Kızılötesinde doğal referans nesnelerinin durumu kesinlikle daha uygundur.

θ ile ilgili başka bir açı0 bu görüntü hareketi için izoplanatik açı θm. Bu, görüntü hareketlerinin çok benzer olduğu açısal mesafedir. Bu açı için yaklaşık bir bağıntı θm ≅ 0,3(G/Y) ≅ θ0(D/r0).

Faz değişimlerini düzeltmek için uyarlamalı optik tekniklerinin uygulanmasında hayati öneme sahip bir diğer faktör, dalga cephesinin değişme hızıdır. Bu oran, atmosferdeki farklı yüksekliklerdeki rüzgar hızlarına bağlıdır. Önemli değişiklik için yaklaşık bir zaman ölçeği

İçin r0 = 26 cm ve Vrüzgar = 10 m/sn, τ buluyoruz0 ≅ 0,008 sn. Faz değişimlerinin tespiti ve telafisi için durumun, kızılötesinde görsel aralıktan daha uygun olduğu tekrar açıktır.


Uyarlanabilir optik: astronomide bir atılım

1970'lere kadar, atmosferik görme, tam olarak yeni nesil dev optik teleskopların VLT ve Keck olarak tasarlandığı sırada, yer tabanlı optik teleskopların açısal çözünürlüğü için mutlak bir sınırlama olarak kabul edildi. Araştırmanın sınıflandırılması nedeniyle birçok kısıtlamayla birlikte soğuk savaş bağlamında ortaya çıkan, ancak yeni dijital kontrol olanaklarıyla birlikte, astronomik uyarlanabilir optiklerin 1989'da uygulanabilir olduğu gösterildi ve başlangıçta şüpheci bir astronomik topluluğu potansiyeline yavaş yavaş ikna etti. Yirmi yıl sonra, Dünya yüzeyindeki Aşırı Büyük Teleskopların planlanması için zorunlu bir bileşendir ve galaktik ve ekstragalaktik nesnelerle ilgili birçok keşfe olanak sağlamıştır. Yeni gelişmeler için bazı yönler tartışılmaktadır.

Bu, abonelik içeriğinin bir önizlemesidir, kurumunuz aracılığıyla erişilir.


Dijital uyarlanabilir optikler mümkün mü? - Astronomi

Veritabanlarımızdan seçilen içeriğin makine çevirisini talep ettiniz. Bu işlevsellik yalnızca size kolaylık sağlamak için sağlanmıştır ve hiçbir şekilde insan çevirisinin yerini alması amaçlanmamıştır. Ne SPIE ne de içeriğin sahipleri ve yayıncıları, çeviri özelliğinin işlevselliği veya içeriğin doğruluğu veya eksiksizliği ile ilgili beyanlar ve garantiler dahil, ancak bunlarla sınırlı olmamak üzere, herhangi bir açık veya zımni beyan veya garanti vermez ve açıkça reddederler. çeviriler.

Çeviriler sistemimizde tutulmaz. Bu özelliği ve çevirileri kullanımınız, SPIE web sitesinin Kullanım Şartları ve Koşullarında yer alan tüm kullanım kısıtlamalarına tabidir.

Astronomi İçin Uyarlanabilir Optikte Enstrümantal Sınırlamalar

1 Litton-Itek Optik Sistemler (Amerika Birleşik Devletleri)

DİJİTAL KÜTÜPHANE ABONE OLUN

1 yıllık abonelik başına 50 indirme

1 yıllık abonelik başına 25 indirme

Mevcut olduğunda PDF, HTML ve Video içerir

Yer tabanlı astronomik teleskoplarda atmosferik türbülansın neden olduğu dalga cephesi hatalarını telafi edebilen ayrık uyarlamalı optik sistemleri uygulamak için gereken teknoloji ve bileşenler gözden geçirilir. Deforme olabilen aynaların, wavefront sensörlerinin ve wavefront rekonstrüktörlerinin ana tiplerinin özellikleri açıklanmaktadır. Dengeleme alt açıklıklarının boyutu ve wavefront sensör dedektörünün sinyal-gürültü oranı gibi cihaz sınırlamalarının uyarlanabilir optik sistemlerin genel performansı üzerindeki etkileri tartışılmaktadır. Bu inceleme, teknolojinin, geleneksel uyarlanabilir optik sistemlerin kendi doğal performans sınırlarına yakın performans göstermesini sağlamak için var olduğunu gösterir; en büyük engel, gerekli bileşenlerin yüksek maliyetidir. Bununla birlikte, daha büyük bir problem, yer tabanlı astronomi için uyarlanabilir optiğin kullanışlılığının, izoplanatik yamanın küçük boyutu ve çoğu astronomik nesneden elde edilebilen küçük foton akışı gibi dış faktörler tarafından ciddi şekilde sınırlandırılmasıdır. Sonuç, bu dış sınırlamaların üstesinden gelmek ve uyarlanabilir optiği yer tabanlı astronomi için yararlı bir teknik haline getirmek için yeni sistem kavramlarına ihtiyaç duyulmasıdır. Halihazırda önerilmiş olan yeni yaklaşımlar arasında lazer kılavuz yıldızları ve çoklu dalga cephesi düzelticiler bulunmaktadır.

© (1989) TELİF HAKKI Foto-Optik Enstrümantasyon Mühendisleri Derneği (SPIE). Özetin indirilmesine yalnızca kişisel kullanım için izin verilir.


Dijital uyarlanabilir optikler mümkün mü? - Astronomi

Veritabanlarımızdan seçilen içeriğin makine çevirisini talep ettiniz. Bu işlevsellik yalnızca size kolaylık sağlamak için sağlanmıştır ve hiçbir şekilde insan çevirisinin yerini alması amaçlanmamıştır. Ne SPIE ne de içeriğin sahipleri ve yayıncıları, çeviri özelliğinin işlevselliği veya içeriğin doğruluğu veya eksiksizliği ile ilgili beyanlar ve garantiler dahil, ancak bunlarla sınırlı olmamak üzere, herhangi bir açık veya zımni beyan veya garanti vermez ve açıkça reddederler. çeviriler.

Çeviriler sistemimizde tutulmaz. Bu özelliği ve çevirileri kullanımınız, SPIE web sitesinin Kullanım Şartları ve Koşullarında yer alan tüm kullanım kısıtlamalarına tabidir.

Küçük teleskoplar için deneysel bir optik uyarlanabilir optiğin geliştirilmesi

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

1 Üniv. Tokyo (Japonya)
2 Pontificia Üniv. Cat'243lica de Chile (Şili)
3 Üniv. Cat'243lica del Norte (Şili)

DİJİTAL KÜTÜPHANE ABONE OLUN

1 yıllık abonelik başına 50 indirme

1 yıllık abonelik başına 25 indirme

Mevcut olduğunda PDF, HTML ve Video içerir

Küçük teleskoplar için bir optik uyarlamalı optik (AO) sistemi geliştiriyoruz. İyi bir görüş alanına yerleştirilmiş 1-2 m sınıfı bir teleskop üzerine monte edilmiş optik dalga boyunda bir AO cihazı, 0.1-0.2 arksn'lik yüksek açısal çözünürlüğün elde edilmesini mümkün kılacaktır. Bu yetenek, hem astronomi hem de mühendislik için eğitimde iyi bir fırsat sağlamanın yanı sıra benzersiz astronomik programlar gerçekleştirmemizi sağlayacaktır. Küçük teleskoplardaki AO kabiliyetini incelemek için, geliştirme maliyetini azaltmak için pahalı olmayan ticari cihazların yaygın olarak kullanıldığı deneysel bir AO cihazı geliştirdik. Ağırlığı ve fiziksel boyutu o kadar küçük tasarladık ki, taşınabilir ve küçük bir teleskopa monte edilmesi kolay, AO cihazımızın benzersiz bir özelliği. Japonya'da gerçekleştirilen mühendislik gözlemlerinden sonra, performansını incelemek için Mart 2018'de Şili'deki Avrupa Güney Gözlemevi La Silla'nın 1 metrelik teleskopuna monte ettik. Doğal görmeden PSF'nin tam genişlik-yarı maksimum (FWHM) ve Strehl oranında sırasıyla yaklaşık 4 kat ve 5 kat iyileşme olduğunu bulduk. Gözlem sırasında elde edilen en iyi AO-düzeltilmiş PSF, FWHM=0.18 arksn ve Strehl oranı = 0.18'e ulaştı. Zaman serisi dalga cephesi ve deforme olabilir-ayna-çalışma verilerinin ayrıntılı analizine dayanarak, sistem parametrelerinin ayarlanmasıyla AO performansında daha fazla gelişme beklenmektedir. Küçük teleskoplar için ucuz bir optik AO sisteminin uygulanabilirliğini göstermeyi başardık.

© (2020) TELİF HAKKI Foto-Optik Enstrümantasyon Mühendisleri Derneği (SPIE). Özetin indirilmesine yalnızca kişisel kullanım için izin verilir.


Xinetics Uyarlanabilir Optik Çözümleri

AOA Xinetics'teki Akıllı Optik (IO) İş Alanı, optik, elektro-optik ve opto-mekanik teknolojilerin son teknoloji entegrasyonunu gerektiren ürün ve sistemlerin tasarımı, geliştirilmesi ve üretiminde uzmanlaşmıştır.

AOA Xinetics'teki Akıllı Optik (IO) İş Alanı, optik, elektro-optik ve opto-mekanik teknolojilerin son teknoloji entegrasyonunu gerektiren ürün ve sistemlerin tasarımı, geliştirilmesi ve üretiminde uzmanlaşmıştır. Yüksek enerjili lazerler, boş alan optikleri, astronomi ve ISR için gelişmiş görüntüleme dahil olmak üzere hükümet, endüstriyel ve ticari uygulamalar için 30 yılı aşkın süredir lazer ışını kontrol sistemleri ve uyarlanabilir optik sistemler tedarik etmektedir.

IO, çok çeşitli ışın kontrol uygulamaları için wavefront algılama ve düzeltme için yenilikçi ürünler sağlama konusunda kanıtlanmış bir geçmişe sahiptir. Ürünlerimizin çoğu, çevresel açıdan aşırı koşullarda test edilmiş en iyi malzemeler ve optik kaplamalar kullanılarak dikey olarak entegre edilmiştir.

IO, konsept geliştirme ve prototipten sistem tasarımı, entegrasyon, test ve saha desteğine kadar tüm program yaşam döngülerini destekler. IO'nun müşteri tabanı, Hava Kuvvetleri Araştırma Laboratuvarları, Starfire Optik Menzil, ABD Ordusu, NASA, DARPA, Yüksek Enerji Lazer Ortak Teknoloji Ofisi, Deniz Araştırmaları Ofisi, birden fazla Gözlemevi, Üniversiteler ve ana yüklenicileri içerir.

Ürün:% s

Intelligent Optics, Deforme Edilebilir Aynalar, Wavefront Sensörleri, Sürücü Elektroniği, Aktüatörler ve eksiksiz Uyarlanabilir Optik Sistemlerin dikey olarak entegre bir üreticisidir. Ürünlerimiz, son yirmi yılda, birçok hükümet programı ve uygulaması için aşırı çevre koşulları ve yüksek düzeyde performans gereksinimleri altında geliştirilmiş ve test edilmiştir.

Deforme Edilebilir Aynalar (DM) ailemiz, çeşitli vuruş seviyelerinde yüksek uzamsal çözünürlük düzeltmesine sahip olacak şekilde tasarlanmıştır. Geleneksel Yüzey Normal aynalarımızdan, yüksek çözünürlüklü Photonex Entegre Modül aynalarımızdan ve yüksek stroklu Yüzey Paralel Dizilerimizden, ışın kontrolü uygulamanız için Ticari Kullanıma Hazır (COTS) ve özel çözümlere sahibiz. Ek olarak, Entegre Wavefront Control (IWC) deforme olabilir aynamız, hepsi bir arada performans için bir Eğilme ve Eğme özelliği sunar. Tüm DM ürünlerimiz için elektronik sürücüler mevcuttur.

Teknoloji

AOA Xinetics'teki Intelligent Optics (IO) İş Alanı, gerçek zamanlı wavefront algılama ve düzeltme için wavefront kontrol sistemlerinin teknoloji geliştirme ve ürün dağıtımında liderdir. Hassas hareket kontrol cihazlarında birinci sınıf ürünler geliştirir ve üretir. Bu ürünler, uzay, hava ve deniz platformları ve yer teleskoplarındaki uygulamalar için çok büyük boyutlara ölçeklenebilen deforme olabilen ve hibrit aynalar gibi aktif optikleri içerir.

AOX Xinetics hassas kontrol teknolojileri, deforme olabilir aynalarımızda kullanılan Kurşun Magnezyum Niobat (PMN) elektrostriktif aktüatörlerimizle başlar. PMN malzeme teknolojisi, son derece düşük histerezis, minimum sürünme özelliğine sahip mekanik olarak kararlı bir aktüatör sunar ve hassas konumlandırma için tercih edilen malzemedir. Ek olarak, görüntüleme bilimi teknolojilerindeki gelişmeler, çoklu görüntüleme modaliteleri sunmak için hassas kontrol sistemlerimizi tamamladı.

Projenize nasıl yardımcı olabileceğimizi görüşmek için bizimle iletişime geçin.

Uygulamalar

AOA Xinetics'teki Akıllı Optik (IO) İş Alanı, optik, elektro-optik ve opto-mekanik teknolojilerin son teknoloji entegrasyonunu gerektiren sistemlerin tasarımı, geliştirilmesi ve üretiminde uzmanlaşmıştır. Yüksek enerjili lazerler, boş alan optikleri, astronomi ve ISR için gelişmiş görüntüleme dahil olmak üzere hükümet, endüstriyel ve ticari uygulamalar için 30 yılı aşkın bir süredir lazer ışını kontrol sistemleri ve uyarlanabilir optik sistemler tedarik etmektedir.

IO, çok çeşitli ışın kontrol uygulamaları için wavefront algılama ve düzeltmede yenilikçi çözümler uygulama konusunda kanıtlanmış bir geçmişe sahiptir. Konsept geliştirme ve sistem tasarımından prototip, entegrasyon, test ve değerlendirme ve saha desteğine kadar tüm program aşamalarını destekler. IO'nun müşteri tabanı, Hava Kuvvetleri Araştırma Laboratuvarları, Starfire Optik Menzil, ABD Ordusu, NASA, DARPA, Yüksek Enerji Lazer Ortak Teknoloji Ofisi, Deniz Araştırmaları Ofisi, birden fazla Gözlemevi, Üniversiteler ve ana yüklenicileri içerir.


Keck Gözlemevi, patlayan yıldızın nadir görülen yüksek çözünürlüklü görüntülerini yakalar

Yerçekimi mercekli iPTF16geu Tip Ia süpernovasının W. M. Keck Gözlemevi ile yakın kızıl ötesi ortamda çekilmiş bir görüntüsü. Merkezde görünen mercekli gökada, arkasındaki iPTF16geu'dan gelen ışığı çarpıtmış ve bükerek aynı süpernovanın (merkezi gökada çevresinde görülen) birden fazla görüntüsünü üretmiştir. Bu görüntülerin konumu, boyutu ve parlaklığı, gökbilimcilerin mercekli gökadanın özelliklerini çıkarmasına yardımcı olur. Kredi bilgileri: W.M. Keck Gözlemevi

Bilim adamları şimdi, daha önce mümkün olmayan bir hassasiyetle evrenin gerçekten ne kadar hızlı genişlediğini ölçebilecekler.

Bu, İsveç'teki Stockholm Üniversitesi tarafından yönetilen uluslararası bir gökbilimciler ekibinin, iPTF16geu adlı yerçekimi mercekli Tip Ia süpernovasının dört farklı görüntüsünü yakalamasının ardından.

Yüksek çözünürlüklü bir görünüm elde etmek için keşif ekibi, W. M. Keck Gözlemevi'nin OSIRIS ve NIRC2 cihazlarını yakın kızılötesi dalga boylarında lazer güdümlü uyarlanabilir optiklere sahip kullandı.

Keck uyarlanabilir optik görüntülerinin çözünürlüğü, Hawaii'den bakıldığında San Francisco'daki bir arabanın farlarını tek tek ayırt edebilmekle eşdeğerdi. Ölçümler, iPTF16geu'dan gelen dört ayrı görüntünün ve ışığının Dünya'ya ulaşmadan önce 4,3 milyar yıl boyunca yol aldığını doğruladı.

Stockholm Üniversitesi'ndeki Oskar Klein Merkezi'nde Profesör ve çalışmanın baş yazarı Ariel Goobar, “İlk kez, güçlü bir şekilde merceklenmiş bir süpernovanın çoklu görüntülerini çözmek büyük bir atılım” dedi. "Yerçekiminin ışığa odaklanma gücünü her zamankinden daha doğru bir şekilde ölçebiliriz ve şimdiye kadar ulaşılmaz görünen fiziksel ölçekleri araştırabiliriz."

Geçen hafta Science dergisinde yayınlanan "iPTF16geu: Çoklu görüntülü kütleçekimsel merceklenmiş Tip Ia süpernova" başlıklı araştırma.

iPTF16geu ilk olarak, gökyüzünü taramak ve neredeyse gerçek zamanlı olarak süpernovalar gibi hızlı değişen kozmik olayları keşfetmek için Palomar Gözlemevi'ni kullanan Caltech liderliğindeki uluslararası bir proje olan ara Palomar Geçici Fabrikası (iPTF) tarafından gözlemlendi. otomatik, geniş alan araştırması.

Bu birleşik görüntü, farklı teleskoplarla görüldüğü gibi yerçekimi mercekli tip Ia süpernova iPTF16geu'yu göstermektedir. Arka plan görüntüsü, Kaliforniya, Palomar Dağı'nda bulunan Palomar Gözlemevi ile görüldüğü gibi gece gökyüzünün geniş alan görüntüsünü göstermektedir. En soldaki görüntü, Sloan Dijital Gökyüzü Anketi (SDSS) ile yapılan gözlemleri göstermektedir. Merkezi görüntü NASA/ESA Hubble Uzay Teleskobu tarafından alındı ​​ve mercekli galaksi SDSS J210415.89-062024.7'yi gösteriyor. En sağdaki görüntü de Hubble ile çekilmiş ve mercekli galaksiyi çevreleyen süpernova patlamasının dört mercekli görüntüsünü gösteriyor. Kredi: ESA/Hubble, NASA, Sloan Digital Sky Survey, Palomar Gözlemevi/Caltech

iPTF16geu hakkında daha ayrıntılı bilgi toplamak için dünyanın önde gelen teleskoplarından bazılarını aldı. Keck Gözlemevi'ne ek olarak, keşif ekibi Şili'deki NASA/ESA Hubble Uzay Teleskobu ve Avrupa Güney Gözlemevi (ESO) Çok Büyük Teleskop'u da kullandı.

Stockholm Üniversitesi'nde ortak yazar ve araştırma bilimcisi Rahman Amanullah, “iPTF16geu'nun keşfi gerçekten samanlıkta biraz garip bir iğne bulmaya benziyor” dedi. "Bize evren hakkında biraz daha fazla bilgi veriyor, ancak çoğunlukla bir dizi yeni bilimsel soruyu tetikliyor."

Gökbilimciler her yıl binlerce süpernova tespit eder, ancak bulunanlardan sadece birkaçı kütleçekimsel merceklidir. Sadece kısa bir süreliğine görünür oldukları için onları tespit etmek zor olabilir.

John D. ve Catherine T. MacArthur Astronomi ve Gezegen Bilimi Profesörü Shri Kulkarni, “iPTF, süpernova adayları bulmasıyla biliniyor, ancak kilit nokta, süpernova hala parlakken onları Keck Gözlemevi'nin son teknoloji uyarlanabilir optikleriyle görüntülemektir” dedi ve çalışmanın ortak yazarı. "Keck Gözlemevi'nin bu tür süpernova olaylarına kısa sürede yanıt verebilme yeteneği sayesinde, keşif ekibi, iPTF16geu'nun dört görüntüsünün her birinden ışık yükselişini ve düşüşünü başarılı bir şekilde gözlemlemelerini sağlayan güzel görüntüler üretebildi."

Standart mum, Evrenin genişlemesine yeni bir ışık tutuyor

Bu keşif bilim adamları için oldukça ilginç çünkü Tip Ia süpernovalar, galaktik mesafeleri hesaplamak için “standart bir mum” olarak kullanılabilir.

Standart bir mum, belirli, bilinen bir miktarda ışık yayan astrofiziksel bir nesnedir. 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.


Videoyu izle: Delta Varyantı. Aşı korumadı (Eylül 2022).