레이저 가이드 별

Laser guide star
ESO는 강력한 레이저 빔을 대기 [1]중으로 쏘아 새로운 웬델슈타인 레이저 가이드 스타 유닛을 테스트했다.
인공 기준성의 예제입니다.
유럽남부천문대에서 사용되는 LGS

레이저 가이드 스타는 천체 적응 광학 시스템에서 사용하기 위해 만들어진 인공 별 이미지이며, 이는 빛의 대기 왜곡을 보정하기 위해 큰 망원경에 사용됩니다(천문학적 시각이라고 함).적응광학(AO) 시스템은 가이드 스타라고 불리는 파면 기준 광원을 필요로 합니다.자연별은 이러한 목적을 위한 점원으로서의 역할을 할 수 있지만, 충분히 밝은 별들은 하늘의 모든 부분에서 이용할 수 없기 때문에, 자연 안내 별 적응 광학 장치의 유용성이 크게 제한됩니다.대신 레이저를 대기 중에 비추면 인공 가이드 별을 만들 수 있다.빔으로부터의 빛은 대기권 상층부에 있는 성분들에 의해 망원경으로 반사됩니다.이 별은 망원경이 원하는 곳 어디에나 위치할 수 있으며, 적응 광학에 훨씬 더 많은 양의 하늘을 열어줍니다.

레이저 빔은 올라가는 동안 천문학적인 시각에 의해 휘어지기 때문에, 돌아오는 레이저 빛은 천문학적인 광원처럼 하늘에서 움직이지 않는다.천체영상을 일정하게 유지하기 위해서는 레이저 가이드 별의 움직임을 팁 틸트 미러로 감산할 수 있도록 하늘에 있는 자연별을 관찰해야 한다.그러나 이 별은 끝과 기울기만을 측정하는 데 사용되며 모든 고차 왜곡은 레이저 가이드 별을 사용하여 측정되기 때문에 자연 가이드 별 적응 광학에 필요한 것보다 훨씬 희미할 수 있습니다.이것은 더 많은 별들이 적합하며, 그에 따라 하늘의 더 큰 부분에 접근할 수 있다는 것을 의미합니다.

종류들

적응광학설비의[2] 최초 22와트 TOPTICA 나트륨 레이저
VLT Four Laser Guide Star [3]시설의 발사 망원경 중 하나.

레이저 가이드 별 시스템에는 나트륨과 레일리 비콘 가이드 별이라고 알려진 두 가지 주요 유형이 있습니다.

나트륨 비콘은 589.2나노미터로 조정된 레이저를 사용하여 약 90km(56mi)의 고도에서 중간권의 나트륨 층에 있는 원자에 전력을 공급함으로써 만들어집니다.그리고 나서 나트륨 원자는 레이저광을 다시 방출하여 빛나는 인공별을 만듭니다.나트륨의 동일한 원자 전이가 가로등용 나트륨 증기 램프에 사용됩니다.

레일리 비콘은 저층 대기의 분자에 의한 빛의 산란에 의존한다.나트륨 비콘과 달리, 레일리 비콘은 훨씬 단순하고 비용이 적게 들지만, 인공 비콘은 대기에서 훨씬 더 낮게 생성되기 때문에 좋은 파면 기준을 제공하지 않습니다.레이저는 종종 대기 측정과 함께 펄스를 일으킵니다(펄스가 시작된 후 몇 마이크로초 후에 발생하므로 지면 레벨에서 산란된 빛은 무시되고 몇 마이크로초 동안 대기 높은 곳과 후방으로 이동한 빛만 실제로 감지됩니다.

레이저 개발

염료 레이저는 레이저 가이드 스타 [4][5][6][7]응용에 사용된 최초의 레이저 소스였습니다.이러한 조정 가능한 레이저는 이 [8][9]분야에서 중요한 역할을 계속하고 있습니다.그러나 유체 이득 매체의 사용은 일부 연구자들에 의해 [10]불리하다고 여겨져 왔다.나트륨 가이드 스타 응용을 위한 2세대 레이저 소스에는 합주파 혼합 고체 [11]레이저가 있습니다.튜닝 가능한 다이오드 레이저에 기반한 새로운 3세대 레이저 시스템과 그에 이은 협대역 라만 섬유 증폭 및 공진 주파수 변환이 2005년부터 개발되고 있습니다.2014년부터 완전히 설계된 시스템을 [12]상업적으로 이용할 수 있습니다.여기서 말하는 조정 가능한 레이저의 중요한 출력 특징에는 회절 제한 빔 발산 및 협선폭 [7]방출이 포함됩니다.

진보.

대기 왜곡을 보정하기 위해 적응광학에서 사용되는 나트륨 레이저 가이드 별은 1982년 프린스턴 물리학자 윌 해퍼에 의해 전략 방위 구상의 일환으로 발명된 것으로 추정되지만,[13] 당시에는 기밀로 분류되었다.

레이저 가이드 스타 적응 광학은 아직 매우 젊은 분야이며, 현재 기술 개발에 많은 노력을 기울이고 있습니다.2006년 현재, 레이저 가이드 스타 AO 시스템 2개만이 과학 관측에 정기적으로 사용되었고, 동료 검토 과학 문헌에 결과를 발표하는 데 기여했습니다. 캘리포니아의 릭 및 팔로마 천문대와 하와이의 멕 천문대입니다.하지만, 레이저 유도 별 시스템은 윌리엄 허셜 망원경, 초거대 망원경, 제미니 노스가 하늘에서 레이저를 테스트했지만 아직 정기적인 작동을 달성하지 못한 채 대부분의 주요 망원경에서 개발 중이었다.2006년 현재 레이저 AO 시스템을 개발하고 있는 다른 관측소로는 대형 쌍안경 망원경과 그란 망원경 카나리아스가 있다.초거대 망원경의 레이저 유도성 시스템은 2007년 [14]6월에 정기적인 과학 작업을 시작했습니다.

파라날 천문대의 강력한 레이저 유도 별 시스템.

2016년 [15]4월부터 ESO의 초대형 망원경(VLT)[16]에 적응광학설비(AOF)[17]의 새로운 서브시스템으로 레이저가이드스타설비(4LGSF)가 설치되었다.4LGSF는 VLT Laser Guide Star Facility(LGSF)를 보완한 것입니다.4LGSF는 단일 레이저 빔 대신 4개의 레이저 빔을 칠레 북부 파라날 상공으로 전파해 90km 상공에서 대기 중 나트륨 원자를 비춰 4개의 인공별을 만들어낸다.이 네 개의 별을 통해 특정 방향으로 더 나은 보정을 얻거나 적응형 광학으로 보정된 시야를 넓힐 수 있습니다.각 레이저는 직경 30cm(12인치)로 22와트를 공급합니다.4LGSF 레이저 시스템은 ESO에서 개발되어 [18][19]업계에 이전된 파이버 Raman 레이저 기술을 기반으로 합니다.

HOOK-I(GRAAL 포함) 및 MUSE([21]GALACSI 포함)와 같은 파라날 [16]천문대의 새로운 기기를 지원하려면 파이버 라만 레이저 기술을 사용하는 4개의 레이저로 업그레이드해야 합니다.또한 4LGSF를 사용하면 안정성이 향상되고, 현재 원래의 염료 레이저(파이버 레이저로 대체 예정)를 사용하고 있는 LGSF에 비해 예방 유지 보수 지원량 및 관찰 실행 시간 준비가 상당히 감소합니다.4LGSF는 천문학자들이 E-ELT를 [22]위한 장치를 테스트하는데 도움을 준다. E-ELT는 망원경의 적응광학계를 지원하는 비슷한 시스템을 갖게 될 것이다.4LGSF 운영은 그 위력에 따라 어떠한 위험도 회피할 수 있습니다.레이저 시스템은 항공기가 빔에 너무 가까이 접근하면 레이저를 차단하는 자동 항공기 회피 시스템을 갖추고 있다.

나트륨 레이저 가이드 별의 경우, 극복해야 할 세 가지 주요 과제가 있습니다: 라모르 세차 운동, 반동 및 전이 [23]포화입니다.라모르 세차운동은 지자기장에서 나트륨 원자의 세차운동(정확히 원자의 양자화된 총 원자 각운동량 벡터의 세차운동)이며, 2단계 사이클 천이가 확립되기 전에 원자의 각운동량을 변화시킴으로써 레이저 유도성의 원자 형광을 감소시킨다.원편광에 의한 hrough 광학 펌핑.자연발사에 의한 반동으로 원자에 대한 모멘텀 킥이 일어나면 원자에 대한 레이저광의 적색편이가 일어나 원자가 레이저광을 흡수할 수 없게 되어 형광을 방출할 수 없게 됩니다.전이포화란 원자가 높은 각운동량(F=2) 상태에서 낮은 각운동량(F=1) 상태로 탈구화되어 다른 흡수파장이 [23]생기는 것을 말한다.

레퍼런스

  1. ^ "Laser Meets Lightning". ESO Picture of the Week. European Southern Observatory.
  2. ^ "Powerful New Laser Passes Key Test". ESO. Retrieved 2 April 2014.
  3. ^ "VLT's New Laser Launchers Arrive at ESO". ESO Announcement. Retrieved 22 February 2012.
  4. ^ Everett, Patrick N. (1989). "300-Watt dye laser for field experimental site". Proceedings of the International Conference on Lasers '88: 404–9. Bibcode:1989lase.conf..404E. OCLC 20243203. OSTI 5416850.
  5. ^ Primmerman, Charles A.; Murphy, Daniel V.; Page, Daniel A.; Zollars, Byron G.; Barclay, Herbert T. (1991). "Compensation of atmospheric optical distortion using a synthetic beacon". Nature. 353 (6340): 141–3. Bibcode:1991Natur.353..141P. doi:10.1038/353141a0. S2CID 4281137.
  6. ^ Bass, Isaac L.; Bonanno, Regina E.; Hackel, Richard P.; Hammond, Peter R. (1992). "High-average-power dye laser at Lawrence Livermore National Laboratory". Applied Optics. 31 (33): 6993–7006. Bibcode:1992ApOpt..31.6993B. doi:10.1364/AO.31.006993. PMID 20802559.
  7. ^ a b Duarte F. J. (2001). "Multiple-Return-Pass Beam Divergence and the Linewidth Equation". Applied Optics. 40 (18): 3038–41. Bibcode:2001ApOpt..40.3038D. doi:10.1364/AO.40.003038. PMID 18357323.
  8. ^ Pique, Jean-Paul; Farinotti, Sébastien (2003). "Efficient modeless laser for a mesospheric sodium laser guide star". Journal of the Optical Society of America B. 20 (10): 2093–101. Bibcode:2003OSAJB..20.2093P. doi:10.1364/JOSAB.20.002093.
  9. ^ Wizinowich, Peter L.; Le Mignant, David; Bouchez, Antonin H.; Campbell, Randy D.; Chin, Jason C. Y.; Contos, Adam R.; Van Dam, Marcos A.; Hartman, Scott K.; et al. (2006). "The W. M. Keck Observatory Laser Guide Star Adaptive Optics System: Overview" (PDF). Publications of the Astronomical Society of the Pacific. 118 (840): 297–309. Bibcode:2006PASP..118..297W. doi:10.1086/499290.
  10. ^ Comaskey, Brian; Ault, Earl; Kuklo, Thomas (Nov 6, 2003), High average power laser gain medium with low optical distortion using a transverse flowing liquid host, retrieved 2016-03-19
  11. ^ D'Orgeville, Céline; Fetzer, Gregory J. (2016). Four generations of sodium guide star lasers for adaptive optics in astronomy and space situational awareness. Adaptive Optics Systems V. Vol. 9909. SPIE. Bibcode:2016SPIE.9909E..0RD. doi:10.1117/12.2234298. ISBN 9781510601970.
  12. ^ "SodiumStar 20/2 – High Power CW Tunable Guide Star Laser" (PDF). www.toptica.com. TOPTICA Photonics AG. Retrieved 28 May 2019.
  13. ^ Olivier, S. S.; Max, C. E. (1994). "Laser Guide Star Adaptive Optics: Present and Future". Very High Angular Resolution Imaging. 158: 283. Bibcode:1994IAUS..158..283O. doi:10.1007/978-94-011-0880-5_48. ISBN 978-0-7923-2633-5. S2CID 115762227.
  14. ^ Markus Kasper; Stefan Stroebele; Richard Davies; Domenico Bonaccini Calia (13 June 2007). "Free from the Atmosphere – Laser Guide Star System on ESO's VLT Starts Regular Science Operations". ESO for the public. ESO. Retrieved 2 June 2011.
  15. ^ "Four Lasers Over Paranal". European Southern Observatory. Retrieved 27 April 2016.
  16. ^ a b "Very Large Telescope – The world's most advanced visible-light astronomical observatory". European Southern Observatory.
  17. ^ "Adaptive Optics". European Southern Observatory.
  18. ^ "ESO Signs Technology Transfer Deal". ESO announcement.
  19. ^ "Laser Guide Star Units Accepted and Shipped to Chile". ESO announcement.
  20. ^ "HAWK-I – High Acuity Wide-field K-band Imager". European Southern Observatory.
  21. ^ "MUSE – Multi Unit Spectroscopic Explorer". European Southern Observatory.
  22. ^ "The European Extremely Large Telescope – The world's biggest eye on the sky". European Southern Observatory.
  23. ^ a b D. 보나치니 칼리아 D.버드커 J. M. 히비 W해켄버그 R.홀즐로너, S.M. 로체스터CW나트륨 레이저의 최적화는 스타의 효율을 유도합니다.천문학과 천체물리학, 510, 2010.

외부 링크

Wikimedia Commons에는 레이저 가이드 스타와 관련된 미디어가 있습니다.