Ottica Adattiva. Soluzione al problema delle fluttuazioni atmosferiche nel VIS/NIR: OTTICA ADATTIVA. Loop di controllo dell Ottica Adattiva

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1 Soluzione al problema delle fluttuazioni atmosferiche nel VIS/NIR: OTTICA ADATTIVA Loop di controllo dell Sensore di fronte d onda Calcolatore per il controllo Correttore di fronte d onda 1. Shack-Hartmann 2. Curvature Sensor 3. Shearing Interferometer 4. Pyramid WFS 5. Multjconiugate AO Deformable Mirrors a. Segmented b. Dimorph c Electro-optics element

2 Hardy 1998

3 Ottiche Attive & Adattive

4 Sensore di fronte d onda (Wave-Front Sensor, WFS) Problema: Misurare le distorsioni presenti su un fronte d onda Soluzione: Tecniche interferometriche (?) Requisiti per il WFS: Operare su luce bianca incoerente (tipo stella dopo atmo) Alta efficienza (pochi fotoni a disposizione) Linearità su ampio intervallo di sfasamento Velocità (variazioni del fronte dell ordine di ms)

5 Sensore di fronte d onda Tecnica più diffusa: Misura diretta del fronte d onda sulla pupilla di uscita suddividendola in diverse subaperture. L intensità di ciascuna subapertura fornisce informazioni sulla fase del fronte d onda. Slope sensing (Shack-Hartmann, Shearing Interferometer, Pyramid WFS) Curvature Sensing

6 Sensore di fronte d onda: Shack-Hartmann Inclinazione del fronte campionata per subapertura Ricostruzione di un fronte d onda tramite campionamento della sua inclinazione (tilt) su subaperture Fronte d onda ricostruito Subaperture

7 Sensore di fronte d onda: Shack-Hartmann Derivato dall idea del Test di Hartmann utilizzato per verificare la bontà di un SO. Il fascio in entrata viene vignettato da uno schermo forato. Hartmann Plate immagini extrafocali simmetriche.

8 Sensore di fronte d onda: Shack-Hartmann Lo schermo può essere posizionato anche in corrispondenza della PU, reale, del SO

9 Sensore di fronte d onda: Shack-Hartmann f Shack sostituisce lo schermo forato sul piano della pupilla con un mosaico di lenti aventi piccolo dia. ( 1mm) e grande focale (>100 mm). Rivelatore: camera CCD Acromatico y (x k,y k ) Posizione del centroide corrispondente alla k-esima subapertura Pupilla Uscita Piano Immagine x x k Stima della pendenza locale del fronte dagli offsets in posizione y k Sommatorie sui soli pixel relativi allo spot k

10 Ottiche Attive Sensore di fronte d onda: Shack-Hartmann

11 Sensore di fronte d onda: Curvature Sensor F F. Roddier, 1998 l Dalle distribuzioni di intensità misurate a due distanze intra/extra-focali (identiche per un fronte non distorto, se a distanza simmetrica dal PF) si ricava Derivata lungo la normale all asse ottico Laplaciano della fase -> curvatura locale della fase

12 Sensore di fronte d onda: Shearing Interferometer Si sdoppia la pupilla (i.e. si creano due immagini distinte di questa) e ad una si applica una piccola traslazione pari a ρ, minore del parametro di Fried (opportunamente scalato ). In tal modo nella figura interferenziale che si crea si evita l ambiguità presente per sfasamenti maggiori di 2π. Si stima, dalla distribuzione dell intensità, la pendenza del fronte lungo la direzione dello shift Daniel S. Mader, Freiburg i.brsg Analogamente realizzando uno shift lungo la direzione ortogonale si può ricostruire la pendenza locale del fronte come nel WFS di tipo S-H N.B. Non richiede la conoscenza di un fronte d onda di riferimento.

13 Sensore di fronte d onda: Pyramid Esposito et al. A&A 2001 Differenze tra le intensità normalizzate delle 4 immagini forniscono informazioni sulla slope del WF nelle due direzioni

14 Correttore di fronte d onda Criteri per scegliere l elemento ottico destinato a generare il fronte d onda coniugato a quello rivelato dal sensore di fronte d onda. Specchio primario Troppo costoso in potenza data la sua grande inerzia dovuta alle dimensioni e alla massa Elementi ottici successivi Dimensioni ridotte i.e. controllo in tempo e spazio più facile Hardy 1998

15 Correttore di fronte d onda: Specchi deformabili Segmentati Convenzionali Non Convenzionali Pannelli riflettenti distinti con 1-3 attuatori per movimentarli Superficie continua Lamina di vetro o metallo movimentata da attuatori sul retro Bimorfi Due membrane piezoelettriche separate da un mosaico di elettrodi all interno. Una delle due membrane è metallizzata esternamente per renderla riflettente. Optoelettronici (tipo LCD) Materiali con indice di rifrazione variabile con la tensione applicata MEMS (micro-electro-mechanical systems)

16 Correttore di fronte d onda: Specchi deformabili segmentati Cristalli piezoelettrici per movimentazioni limitate (decine di µm): applicando una tensione ai loro capi si ottiene una dilatazione di questi NAOMI (William Herschel Telescope, UK): specchio segmentato da 76 elementi