激光导星

激光导星是通过向高层大气发射激光而产生的人造参考信标，在没有合适的天然恒星可用时，它能为自适应光学系统提供所需的亮点源。

Definition

激光导星是由激光在高层大气中产生的人造光点，在天然导星过于微弱或缺失的方向上，它被用作自适应光学的波前参考。

Scope

本主题涵盖了激发约90公里高空原子钠层导星和较低高度的瑞利信标、限制单个信标采样湍流效果的锥形效应或焦点不等晕现象、需要天然恒星来感知整体倾斜以及激光安全和避开飞机和卫星的操作问题。

Core questions

• 为什么天然导星通常不足？
• 人造恒星是如何在大气中产生的？
• 什么是锥形效应，为什么它会限制性能？
• 为什么激光信标旁边仍然需要天然恒星？

Key theories

钠信标和瑞利信标

调谐到钠跃迁的激光使约90公里高空层中的原子发光，而瑞利信标则利用较低空气分子散射的光，两者都产生人造参考星。

焦点不等晕现象，锥形效应

由于信标处于有限高度，它采样的光锥会错过一些远处恒星平行光束会穿过的湍流，这限制了校正效果并促使使用多个信标。

倾斜不确定性

从激光信标返回的光线会沿着其出射路径原路返回，因此它无法测量整体图像倾斜，这仍然必须从微弱的天然恒星中获取。

Clinical relevance

激光导星极大地扩大了自适应光学系统的工作范围，因为合适的天然导星很少见，它们对于绘制三维湍流的广视场和超大型望远镜自适应光学系统至关重要。

History

激光导星概念于20世纪80年代提出，早期的演示部分源于解密的国防研究。钠信标在本世纪初开始在主要望远镜上投入使用，现在多信标系统支持广视场自适应光学。

Key figures

• Laird Thompson
• Renaud Foy
• Antoine Labeyrie

Seminal works

• hardy1998
• roddier1999

Frequently asked questions

为什么要制造人造恒星而不是直接使用真实的恒星？

自适应光学需要在天空中目标附近有一个明亮的参考点，但合适的天然恒星只存在于一小部分方向上。激光几乎可以在任何地方放置人造信标，极大地增加了自适应光学系统能够进行清晰成像的天空覆盖范围。

为什么激光导星系统仍然需要天然恒星？

来自激光信标的光线沿同一路径上下传播，因此它将测量的任何整体倾斜都会被抵消。因此，仍然需要一颗微弱的天然恒星来感知整体图像运动，而激光信标则处理更精细、更高阶的畸变。