Verformbare Spiegel und Korrektur

Verformbare Spiegel und die sie steuernden Regelsysteme wenden die Korrekturhälfte der adaptiven Optik an, indem sie eine reflektierende Oberfläche in Echtzeit umformen, um die vom Sensor gemessenen Wellenfrontverzerrungen aufzuheben.

Definition

Ein verformbarer Spiegel ist ein optisches Element, dessen Oberfläche durch eine Anordnung von Aktuatoren schnell umgeformt werden kann, und das Korrektursystem ist der Controller, der Wellenfrontmessungen verwendet, um den Spiegel so zu steuern, dass atmosphärische Verzerrungen aus dem Strahl entfernt werden.

Scope

Dieses Thema behandelt Technologien für verformbare Spiegel, einschließlich piezoelektrischer, elektrostatischer Membran- und mikroelektromechanischer Geräte, die separate Kipp- und Neigungskorrektur der gesamten Bildbewegung, den Regelkreis, der Wellenfrontmessungen in Spiegelbefehle umwandelt, die Schleifenbandbreite und -stabilität sowie Gütezahlen wie das Strehl-Verhältnis, die die Korrekturqualität quantifizieren.

Core questions

• Wie ändert ein verformbarer Spiegel seine Form?
• Warum wird die gesamte Bildbewegung separat durch einen Kipp- und Neigungsspiegel korrigiert?
• Wie wandelt der Regelkreis Messungen in Korrekturen um?
• Wie wird die Qualität der Korrektur quantifiziert?

Key theories

Aktuierung verformbarer Spiegel

Anordnungen von piezoelektrischen, elektrostatischen oder mikroelektromechanischen Aktuatoren drücken oder ziehen eine dünne reflektierende Oberfläche, um eine steuerbare Form zu erzeugen, die dem gemessenen Wellenfrontfehler entgegenwirkt.

Kipp- und Neigungskorrektur und Korrektur höherer Ordnung

Die größte atmosphärische Verzerrung ist die gesamte Wellenfrontneigung, die oft von einem schnellen Kipp- und Neigungsspiegel gehandhabt wird, während der verformbare Spiegel die feineren Aberrationen höherer Ordnung korrigiert.

Regelung im geschlossenen Regelkreis und Strehl-Verhältnis

Ein Controller wandelt Sensorsignale mit hoher Bandbreite in Spiegelbefehle um, und der Restfehler, zusammengefasst durch das Strehl-Verhältnis, misst, wie nah das korrigierte Bild an der Beugungsgrenze ist.

Clinical relevance

Die Leistung des verformbaren Spiegels und des Regelkreises bestimmt, wie scharf adaptive-optische Bilder werden; Fortschritte bei der Anzahl und Geschwindigkeit der Aktuatoren sind die Grundlage für extreme adaptive Optik zur direkten Abbildung von Exoplaneten und die sehr großen Korrektorsysteme, die für extrem große Teleskope geplant sind.

History

Frühe adaptive Optiken verwendeten bescheidene verformbare Spiegel mit Dutzenden von Aktuatoren, die oft für Verteidigungszwecke entwickelt wurden. Piezoelektrische und dann mikroelektromechanische Spiegel erhöhten die Aktuatoranzahl auf Tausende, und adaptive Sekundärspiegel integrierten den Korrektor in das Teleskop selbst, was die heutigen Hochleistungssysteme ermöglichte.

Key figures

• Horace Babcock
• Robert Tyson

Seminal works

• tyson2015
• hardy1998

Frequently asked questions

Wie kann ein Spiegel schnell genug seine Form ändern, um die Atmosphäre auszugleichen?

Ein verformbarer Spiegel hat eine dünne reflektierende Oberfläche, die von vielen kleinen Aktuatoren gestützt wird, die sie drücken und ziehen. Diese Aktuatoren reagieren in Bruchteilen einer Millisekunde, sodass der Spiegel Hunderte oder Tausende Male pro Sekunde umgeformt werden kann, um die sich schnell ändernde atmosphärische Verzerrung zu verfolgen und auszugleichen.

Was ist das Strehl-Verhältnis?

Das Strehl-Verhältnis vergleicht die Spitzenhelligkeit eines tatsächlichen Bildes mit der eines perfekten, beugungsbegrenzten Bildes derselben Quelle. Ein Strehl-Verhältnis nahe eins bedeutet, dass die Korrektur ausgezeichnet ist, während ein niedriger Wert eine signifikante Restunschärfe anzeigt, was es zu einem Standardmaß für die Leistung adaptiver Optiken macht.