Активная оптика — это технология , используемая в рефлекторных телескопах, 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 8-метровых телескопов невозможно, а телескопы с сегментированными зеркалами были бы невозможны.
Этот метод используется, среди прочего, в Nordic Optical Telescope , [2] New Technology Telescope , Telescopio Nazionale Galileo и телескопах Keck , а также во всех крупнейших телескопах, построенных 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 являются рефлекторами, где основным элементом является очень большое зеркало . Исторически 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 5 или 6 метрами (200 или 230 дюймами), как, например, телескоп Хейла Паломарской обсерватории .
Новое поколение телескопов, построенных с 1980-х годов, использует вместо этого тонкие, более легкие зеркала. Они слишком тонкие, чтобы сохранять жесткость в правильной форме, поэтому к задней стороне зеркала прикреплен массив приводов . Приводы прилагают переменные силы к корпусу зеркала, чтобы удерживать отражающую поверхность в правильной форме при изменении положения. Телескоп также может быть сегментирован на несколько меньших зеркал, что уменьшает провисание из-за веса, которое происходит в случае больших монолитных зеркал.
Комбинация приводов, детектора качества изображения и компьютера для управления приводами с целью получения наилучшего изображения называется активной оптикой .
Название «активная оптика» означает, что система удерживает зеркало (обычно первичное) в оптимальной форме против внешних сил, таких как ветер, провисание, тепловое расширение и деформация оси телескопа. Активная оптика компенсирует искажающие силы, которые изменяются относительно медленно, примерно в масштабах 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. Влияния, которые компенсирует активная оптика (температура, гравитация), по своей сути медленнее (1 Гц) и имеют большую амплитуду аберрации. Адаптивная оптика, с другой стороны, корректирует атмосферные искажения, которые влияют на изображение на частоте 100–1000 Гц ( частота Гринвуда , [4] в зависимости от длины волны и погодных условий). Эти исправления должны быть намного быстрее, но также иметь меньшую амплитуду. Из-за этого адаптивная оптика использует меньшие корректирующие зеркала . 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 могут быть активно стабилизированы.
Небольшая часть луча просачивается через зеркала управления лучом, а 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 с помощью ПИД-регулятора . Для импульсных лазеров контроллер должен быть привязан к частоте повторения. Непрерывный (не импульсный) пилотный луч может использоваться для обеспечения полосы пропускания до 10 кГц стабилизации (против вибраций, турбулентности воздуха и акустического шума) для лазеров с низкой частотой повторения.
Иногда интерферометры Фабри–Перо должны быть настроены по длине для пропускания заданной длины волны. Поэтому отраженный свет извлекается с помощью вращателя Фарадея и поляризатора . Небольшие изменения падающей длины волны, генерируемые акустооптическим модулятором или интерференцией с частью входящего излучения, предоставляют информацию о том, является ли Фабри–Перо слишком длинным или слишком коротким.
Длинные оптические полости очень чувствительны к выравниванию зеркал. Для пиковой мощности можно использовать схему управления. Одна из возможностей — выполнять небольшие повороты с одним конечным зеркалом. Если это вращение находится около оптимального положения, никаких колебаний мощности не происходит. Любые колебания наведения луча можно устранить с помощью механизма управления лучом, упомянутого выше.
Также исследуется рентгеновская активная оптика, использующая активно деформируемые зеркала скользящего падения. [8]