Активная оптика — это технология , используемая в телескопах-рефлекторах , разработанная в 1980-х годах [1] , которая активно формирует зеркала телескопа, чтобы предотвратить деформацию из-за внешних воздействий, таких как ветер, температура и механическое напряжение. Без активной оптики строительство телескопов 8-метрового класса невозможно, равно как и телескопы с сегментированными зеркалами.
Этот метод используется, среди прочего, Северным оптическим телескопом , [2] Телескопом новой технологии , Telescopio Nazionale Galileo и телескопами Кека , а также всеми крупнейшими телескопами, построенными с середины 1990-х годов.
Активную оптику не следует путать с адаптивной оптикой , которая работает в более короткие сроки и корректирует атмосферные искажения.
Большинство современных телескопов представляют собой рефлекторы, основным элементом которых является очень большое зеркало . Исторически сложилось так, что основные зеркала были довольно толстыми, чтобы сохранять правильную форму поверхности, несмотря на силы, стремящиеся ее деформировать, такие как ветер и собственный вес зеркала. Это ограничивало их максимальный диаметр до 5 или 6 метров (200 или 230 дюймов), как у телескопа Хейла Паломарской обсерватории .
В новом поколении телескопов, построенных с 1980-х годов, вместо этого используются тонкие и легкие зеркала. Они слишком тонкие, чтобы жестко сохранять правильную форму, поэтому к задней стороне зеркала прикреплен ряд приводов . Приводы прикладывают переменные силы к корпусу зеркала, чтобы поддерживать правильную форму отражающей поверхности при изменении положения. Телескоп также можно разделить на несколько зеркал меньшего размера, что уменьшает провисание из-за веса, которое возникает у больших монолитных зеркал.
Комбинация исполнительных механизмов, детектора качества изображения и компьютера для управления исполнительными механизмами для получения наилучшего изображения называется активной оптикой .
Название « активная оптика» означает, что система сохраняет зеркало (обычно главное) в оптимальной форме от воздействия внешних сил, таких как ветер, провисание, тепловое расширение и деформация оси телескопа. Активная оптика компенсирует искажающие силы, которые изменяются относительно медленно, примерно в течение нескольких секунд. Таким образом, телескоп активно неподвижен в своей оптимальной форме.
Активную оптику не следует путать с адаптивной оптикой , которая работает в гораздо более коротком временном масштабе для компенсации атмосферных эффектов, а не деформации зеркала. Воздействия, которые компенсирует активная оптика (температура, гравитация), по природе своей медленнее (1 Гц) и имеют большую амплитуду аберраций. Адаптивная оптика, напротив, корректирует атмосферные искажения, влияющие на изображение в диапазоне 100–1000 Гц ( частота Гринвуда , [4] в зависимости от длины волны и погодных условий). Эти поправки должны быть намного быстрее, но и иметь меньшую амплитуду. Из-за этого в адаптивной оптике используются корректирующие зеркала меньшего размера . Раньше это было отдельное зеркало, не интегрированное в световой путь телескопа, но в настоящее время это может быть второе , [ 5] [6] третье или четвертое [7] зеркало в телескопе.
Сложные лазерные установки и интерферометры также можно активно стабилизировать.
Небольшая часть луча просачивается через зеркала управления лучом, и четырехквадрантный диод используется для измерения положения лазерного луча, а другой в фокальной плоскости за линзой используется для измерения направления. Систему можно ускорить или сделать более помехоустойчивой, используя ПИД-регулятор . Для импульсных лазеров контроллер должен быть привязан к частоте повторения. Непрерывный (неимпульсный) пилотный луч может использоваться для обеспечения стабилизации полосы пропускания до 10 кГц (против вибраций, турбулентности воздуха и акустического шума) для лазеров с низкой частотой повторения.
Иногда интерферометры Фабри – Перо необходимо отрегулировать по длине, чтобы они могли проходить заданную длину волны. Поэтому отраженный свет извлекается с помощью вращателя Фарадея и поляризатора . Небольшие изменения падающей длины волны, генерируемые акустооптическим модулятором или интерференцией части входящего излучения, дают информацию о том, является ли Фабри Перо слишком длинным или слишком коротким.
Длинные оптические резонаторы очень чувствительны к юстировке зеркал. Схема управления может использоваться для достижения пиковой мощности. Одна из возможностей — выполнять небольшие вращения с помощью одного торцевого зеркала. Если это вращение находится в оптимальном положении, колебаний мощности не происходит. Любое колебание направления луча можно устранить с помощью упомянутого выше механизма управления лучом.
Также исследуется рентгеновская активная оптика с использованием активно деформируемых зеркал скользящего падения. [8]