Лазерные опорные звезды

Лазерные опорные звезды — это искусственные референсные маяки, создаваемые путем направления лазерного луча в верхние слои атмосферы, которые служат ярким точечным источником, необходимым для адаптивной оптики в тех случаях, когда подходящая естественная звезда недоступна.

Definition

Лазерная опорная звезда — это искусственная точка света, создаваемая высоко в атмосфере лазером, используемая в качестве волнового фронта для адаптивной оптики в направлениях, где естественные опорные звезды слишком тусклы или отсутствуют.

Scope

Эта тема охватывает опорные звезды натриевого слоя, которые возбуждают атомы на высоте около девяноста километров, и низковысотные рэлеевские маяки, эффект конуса или фокальную анизопланатизм, ограничивающий точность выборки турбулентности одним маяком, необходимость использования естественной звезды для определения общего наклона, а также эксплуатационные вопросы лазерной безопасности и избегания столкновений с самолетами и спутниками.

Core questions

• Почему естественные опорные звезды часто недостаточны?
• Как создается искусственная звезда в атмосфере?
• Что такое эффект конуса и почему он ограничивает производительность?
• Почему естественная звезда все еще нужна наряду с лазерным маяком?

Key theories

Натриевые и рэлеевские маяки

Лазер, настроенный на натриевый переход, заставляет атомы в слое на высоте около девяноста километров светиться, в то время как рэлеевский маяк использует свет, рассеянный более низкими молекулами воздуха, каждый из которых создает искусственную опорную звезду.

Фокальный анизопланатизм, эффект конуса

Поскольку маяк находится на конечной высоте, конус света, который он отбирает, пропускает часть турбулентности, которую прошел бы параллельный луч далекой звезды, что ограничивает коррекцию и мотивирует использование нескольких маяков.

Неопределенность наклона

Свет, возвращающийся от лазерного маяка, повторяет свой собственный исходящий путь, поэтому он не может измерять общий наклон изображения, который все еще должен быть получен от тусклой естественной звезды.

Clinical relevance

Лазерные опорные звезды значительно расширяют долю неба, на которой может работать адаптивная оптика, поскольку подходящие естественные опорные звезды редки, и они необходимы для широкопольных и чрезвычайно больших телескопических систем адаптивной оптики, которые картируют турбулентность в трех измерениях.

History

Концепция лазерной опорной звезды была предложена в 1980-х годах, а ранние демонстрации частично возникли в результате рассекреченных оборонных исследований. Натриевые маяки стали использоваться на крупных телескопах примерно на рубеже веков, и в настоящее время системы с несколькими маяками поддерживают широкопольную адаптивную оптику.

Key figures

• Laird Thompson
• Renaud Foy
• Antoine Labeyrie

Seminal works

• hardy1998
• roddier1999

Frequently asked questions

Зачем создавать искусственную звезду вместо использования настоящей?

Адаптивной оптике нужен яркий эталон очень близко к цели на небе, но подходящие естественные звезды существуют лишь в небольшой части направлений. Лазер может разместить искусственный маяк почти в любом месте, значительно увеличивая охват неба, на котором возможно четкое изображение с помощью адаптивной оптики.

Почему система лазерной опорной звезды все еще нуждается в естественной звезде?

Свет от лазерного маяка распространяется вверх и обратно по одному и тому же пути, поэтому любой общий наклон, который он мог бы измерить, компенсируется. Поэтому для определения общего движения изображения все еще требуется тусклая естественная звезда, в то время как лазерный маяк обрабатывает более тонкие, высокопорядковые искажения.