능동광학

Active optics
그란 텔레스코피오 카나리아스의 능동 광학 작동기.

능동광학(active optics)은 1980년대에 개발된 반사 망원경에서 사용되는 기술로,[1] 풍력, 온도, 기계적 응력 등 외부 영향으로 인한 변형을 막기 위해 망원경의 거울을 적극적으로 형상화한다. 능동 광학 장치가 없으면 8m급 망원경의 구축도 불가능하며, 분할된 거울을 가진 망원경도 가능하지 않다.

이 방법은 무엇보다도 북유럽 광학 망원경,[2] 신기술 망원경, 텔레스코피오 나치오날레 갈릴레오날레, 케크 망원경뿐만 아니라 1990년대 중반 이후 제작된 가장 큰 망원경들이 모두 사용하고 있다.

능동 광학 장치는 더 짧은 시간 동안 작동하고 대기 왜곡을 교정하는 적응 광학 장치와 혼동해서는 안 된다.

천문학에서

E-ELT의 적응형 지지 시스템의 일부 프로토타입.[3]

대부분의 현대 망원경은 반사체인데, 일차 원소는 매우 큰 거울이다. 역사적으로, 일차 거울은 바람과 거울 자체의 무게처럼 그것을 변형시키는 힘에도 불구하고 정확한 표면 모양을 유지하기 위해 꽤 두꺼웠다. 이것은 그들의 최대 지름을 팔로마 천문대의 헤일 망원경처럼 5, 6미터(200 또는 230인치)로 제한했다.

1980년대 이후 제작된 새로운 세대의 망원경은 얇고 가벼운 무게 거울을 대신 사용한다. 그것들은 너무 얇아서 정확한 모양으로 단단하게 유지될 수 없기 때문에 일련의 작동기가 거울 뒷면에 부착되어 있다. 액추에이터는 미러 본체에 가변 힘을 가하여 반사 표면을 위치 조정보다 올바른 모양으로 유지한다. 이 망원경은 또한 여러 개의 작은 거울로 분할될 수 있는데, 이것은 큰 단일 거울에 발생하는 무게로 인한 처짐을 줄여준다.

액츄에이터, 이미지 품질 검출기, 그리고 가능한 최상의 이미지를 얻기 위해 액츄에이터를 제어하는 컴퓨터의 조합을 액티브 광학이라고 한다.

능동광학이라는 명칭은 시스템이 바람, 처짐, 열팽창, 망원경 축 변형과 같은 환경적 힘에 대항하여 거울(보통 1차)을 최적의 형태로 유지한다는 것을 의미한다. 능동 광학 장치는 비교적 천천히, 대략 초의 시간 계산에 따라 변화하는 힘을 왜곡하여 보상한다. 그러므로 이 망원경은 그것의 최적의 형태로 활발하게 정지되어 있다.

적응형 광학과의 비교

능동 광학 장치는 거울 변형이 아니라 대기 영향을 보상하기 위해 훨씬 더 짧은 시간 단위로 작동하는 적응 광학 장치와 혼동해서는 안 된다. 활성 광학에서 보상하는 영향(온도, 중력)은 본질적으로 느리고(1Hz) 이상에서 진폭이 더 크다. 반면에 적응형 광학 장치는 이미지에 영향을 미치는 대기 왜곡을 100–1000 Hz(파장과 기상 조건에 따라 그린우드 주파수)[4]로 보정한다. 이러한 보정은 훨씬 더 빨라야 하지만 진폭이 더 작다. 이 때문에 적응형 광학 장치는 더 작은 교정 거울을 사용한다. 이것은 망원경의 빛 경로에 통합되지 않은 별도의 거울이었지만, 오늘날 이것은 망원경의 두 번째,[5][6] 세 번째, 네 번째[7] 거울이 될 수 있다.

기타 응용 프로그램

복잡한 레이저 설치와 간섭계도 적극적으로 안정화할 수 있다.

빔 조향 미러를 통해 빔의 작은 부분이 누출되고 4 사분원 다이오드가 레이저 빔의 위치를 측정하는 데 사용되며 렌즈 뒤의 초점 평면에 있는 다른 부분은 방향을 측정하는 데 사용된다. 이 시스템은 PID 컨트롤러를 사용하여 속도를 높이거나 더 많은 소음 방지 기능을 만들 수 있다. 펄스 레이저의 경우 컨트롤러를 반복률로 잠가야 한다. 연속(펄스가 없는) 파일럿 빔을 사용하여 낮은 반복률 레이저에 대해 최대 10kHz의 안정화 대역폭(진동, 공기 난류 및 음향 소음)을 허용할 수 있다.

때때로 Fabry-Pérot 인터페로미터는 주어진 파장을 통과하기 위해 길이를 조절해야 한다. 따라서 반사된 빛은 패러데이 회전 장치(Faraday Rotator)와 편광기를 이용하여 추출한다. 음향 광학 변조기에 의해 발생하는 입사 파장의 작은 변화나 들어오는 방사선의 일부에 대한 간섭은 Fabry Perot이 너무 길든 짧든 정보를 전달한다.

긴 광학 캐비티는 미러 정렬에 매우 민감하다. 제어 회로는 전력 피크에 사용될 수 있다. 한 가지 가능성은 한쪽 끝 거울로 작은 회전을 수행하는 것이다. 이 회전이 최적 위치에 관한 것이라면 전력 진동은 일어나지 않는다. 빔 포인팅 진동은 위에서 언급한 빔 조향 메커니즘을 사용하여 제거할 수 있다.

능동 변형식 방목 발생 거울을 이용한 X선 활성 광학도 조사되고 있다.[8]

참고 항목

참조

  1. ^ Hardy, John W. (June 1977). "Active optics: A new technology for the control of light". IEEE Proceedings. Proceedings of the IEEE. 66: 110. Bibcode:1978IEEEP..66..651H. Archived from the original on 2015-12-22. Retrieved 2011-06-01.
  2. ^ Andersen, T.; Andersen, T.; Larsen, O. B.; Owner-Petersen, M.; Steenberg, K. (April 1992). Ulrich, Marie-Helene (ed.). Active Optics on the Nordic Optical Telescope. ESO Conference and Workshop Proceedings. Progress in Telescope and Instrumentation Technologies. pp. 311–314. Bibcode:1992ESOC...42..311A.
  3. ^ "ESO Awards Contract for E-ELT Adaptive Mirror Design Study". ESO Announcements. Retrieved 25 May 2012.
  4. ^ Greenwood, Darryl P. (March 1977). "Bandwidth specification for adaptive optics systems" (PDF). Journal of the Optical Society of America. 67 (3): 390–393. Bibcode:1977JOSA...67..390G. doi:10.1364/JOSA.67.000390.
  5. ^ Riccardi, Armando; Brusa, Guido; Salinari, Piero; Gallieni, Daniele; Biasi, Roberto; Andrighettoni, Mario; Martin, Hubert M (February 2003). "Adaptive secondary mirrors for the Large Binocular Telescope" (PDF). Proceedings of the SPIE. Adaptive Optical System Technologies II. 4839: 721–732. Bibcode:2003SPIE.4839..721R. CiteSeerX 10.1.1.70.8438. doi:10.1117/12.458961. Archived from the original (PDF) on 2011-08-23.
  6. ^ Salinari, P.; Del Vecchio, C.; Biliotti, V. (August 1994). A Study of an Adaptive Secondary Mirror. ESO Conference and Workshop Proceedings. Active and adaptive optics. Garching, Germany: ESO. pp. 247–253. Bibcode:1994ESOC...48..247S.
  7. ^ Crépy, B.; et al. (June 2009). The M4 adaptive unit for the E-ELT. 1st AO4ELT conference – Adaptative Optics for Extremely Large Telescopes Proceedings. Paris, France: EDP Sciences. Bibcode:2010aoel.confE6001C. doi:10.1051/ao4elt/201006001.
  8. ^ "Research Partnership Advances X-ray Active Optics". adaptiveoptics.org. March 2005. Archived from the original on March 11, 2007. Retrieved 2 June 2011. Alt URL

외부 링크