ดาวนำแสงเลเซอร์

ดาวนำแสงเลเซอร์คือสัญญาณอ้างอิงเทียมที่สร้างขึ้นโดยการยิงเลเซอร์ขึ้นไปในชั้นบรรยากาศส่วนบน เพื่อให้แหล่งกำเนิดแสงสว่างที่ระบบอะแดปทีฟออปติกส์ต้องการ ในกรณีที่ไม่มีดาวธรรมชาติที่เหมาะสม

Definition

ดาวนำแสงเลเซอร์คือจุดกำเนิดแสงเทียมที่ผลิตขึ้นในชั้นบรรยากาศสูงด้วยเลเซอร์ ใช้เป็นแหล่งอ้างอิงหน้าคลื่นสำหรับระบบอะแดปทีฟออปติกส์ในทิศทางที่ดาวนำแสงธรรมชาติจางเกินไปหรือไม่ปรากฏ

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงดาวนำแสงชั้นโซเดียมที่กระตุ้นอะตอมที่ความสูงประมาณเก้าสิบกิโลเมตร และสัญญาณเรย์ลีห์ที่ระดับความสูงต่ำกว่า ผลกระทบจากรูปกรวยหรือโฟคอล แอนไอโซพลาเนติซึม (focal anisoplanatism) ที่จำกัดประสิทธิภาพในการเก็บตัวอย่างความปั่นป่วนของสัญญาณนำแสงเดี่ยว ความจำเป็นของดาวธรรมชาติในการตรวจจับความเอียงโดยรวม และประเด็นการปฏิบัติงานด้านความปลอดภัยของเลเซอร์และการหลีกเลี่ยงอากาศยานและดาวเทียม

Core questions

• เหตุใดดาวนำแสงธรรมชาติจึงมักไม่เพียงพอ?
• ดาวเทียมถูกสร้างขึ้นในชั้นบรรยากาศได้อย่างไร?
• ผลกระทบจากรูปกรวยคืออะไร และเหตุใดจึงจำกัดประสิทธิภาพ?
• เหตุใดจึงยังคงต้องใช้ดาวธรรมชาติควบคู่ไปกับสัญญาณนำแสงเลเซอร์?

Key theories

สัญญาณโซเดียมและเรย์ลีห์

เลเซอร์ที่ปรับให้เข้ากับการเปลี่ยนสถานะของโซเดียมจะทำให้อะตอมในชั้นบรรยากาศที่ความสูงประมาณเก้าสิบกิโลเมตรเรืองแสง ในขณะที่สัญญาณเรย์ลีห์ใช้แสงที่กระจัดกระจายโดยโมเลกุลอากาศที่ต่ำกว่า ซึ่งแต่ละแบบจะสร้างดาวอ้างอิงเทียมขึ้นมา

โฟคอล แอนไอโซพลาเนติซึม (Focal anisoplanatism), ผลกระทบจากรูปกรวย

เนื่องจากสัญญาณนำแสงอยู่ที่ระดับความสูงจำกัด กรวยแสงที่เก็บตัวอย่างจะพลาดความปั่นป่วนบางส่วนที่ลำแสงขนานจากดาวที่อยู่ไกลจะเดินทางผ่าน ซึ่งจำกัดการแก้ไขและกระตุ้นให้ต้องใช้สัญญาณนำแสงหลายดวง

ความไม่แน่นอนของความเอียง

แสงที่สะท้อนกลับจากสัญญาณนำแสงเลเซอร์จะเดินทางย้อนกลับไปตามเส้นทางเดิม ดังนั้นจึงไม่สามารถวัดความเอียงโดยรวมของภาพได้ ซึ่งยังคงต้องได้มาจากดาวธรรมชาติที่จางๆ

Clinical relevance

ดาวนำแสงเลเซอร์ช่วยขยายขอบเขตของท้องฟ้าที่ระบบอะแดปทีฟออปติกส์สามารถทำงานได้อย่างมาก เนื่องจากดาวนำแสงธรรมชาติที่เหมาะสมนั้นหายาก และมีความจำเป็นอย่างยิ่งต่อระบบอะแดปทีฟออปติกส์สำหรับกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่และมุมกว้างที่ใช้ในการสร้างแผนที่ความปั่นป่วนในสามมิติ

History

แนวคิดดาวนำแสงเลเซอร์ถูกเสนอขึ้นในทศวรรษ 1980 โดยมีการสาธิตเบื้องต้นบางส่วนที่เกิดจากการวิจัยด้านการป้องกันประเทศที่ถูกปลดชั้นความลับ สัญญาณโซเดียมเริ่มใช้งานได้จริงกับกล้องโทรทรรศน์หลักในช่วงเปลี่ยนศตวรรษ และปัจจุบันระบบสัญญาณนำแสงหลายดวงรองรับระบบอะแดปทีฟออปติกส์แบบมุมกว้าง

Key figures

• Laird Thompson
• Renaud Foy
• Antoine Labeyrie

Seminal works

• hardy1998
• roddier1999

Frequently asked questions

เหตุใดจึงต้องสร้างดาวเทียมแทนที่จะใช้ดาวจริง?

ระบบอะแดปทีฟออปติกส์ต้องการแหล่งอ้างอิงที่สว่างมากใกล้กับเป้าหมายบนท้องฟ้า แต่ดาวธรรมชาติที่เหมาะสมมีอยู่ในทิศทางเพียงเล็กน้อยเท่านั้น เลเซอร์สามารถวางสัญญาณนำแสงเทียมได้เกือบทุกที่ ซึ่งช่วยเพิ่มขอบเขตการครอบคลุมท้องฟ้าที่สามารถถ่ายภาพด้วยระบบอะแดปทีฟออปติกส์ที่คมชัดได้อย่างมาก

เหตุใดระบบดาวนำแสงเลเซอร์จึงยังคงต้องการดาวธรรมชาติ?

แสงจากสัญญาณนำแสงเลเซอร์เดินทางขึ้นและลงตามเส้นทางเดียวกัน ดังนั้นความเอียงโดยรวมใดๆ ที่จะวัดได้จะถูกหักล้างออกไป จึงยังคงต้องใช้ดาวธรรมชาติที่จางๆ เพื่อตรวจจับการเคลื่อนที่ของภาพโดยรวม ในขณะที่สัญญาณนำแสงเลเซอร์จะจัดการกับการบิดเบือนที่ละเอียดกว่าและมีลำดับสูงกว่า