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Engineering

फोकस में रोबो - ए ओ के साथ दृश्य ब्रह्मांड लाना

Published: February 12, 2013 doi: 10.3791/50021
Automatic Translation
1,2, 1, 3, 4, 2, 1, 4, 4, 4, 1, 1, 5, 1,2, 2, 6, 4
1Caltech Optical Observatories, California Institute of Technology, 2Department of Astronomy, California Institute of Technology, 3Dunlap Institute for Astronomy and Astrophysics, University of Toronto, 4Inter-University Centre for Astronomy & Astrophysics, 5Observatories of the Carnegie Institution for Science, 6Benoziyo Center for Astrophysics, Weizmann Institute of Science

Summary

खगोलीय पिंडों से प्रकाश पृथ्वी के अशांत माहौल के माध्यम से यात्रा करने से पहले यह भूमि आधारित दूरबीन द्वारा imaged किया जा सकता है चाहिए. अधिकतम सैद्धांतिक कोणीय संकल्प में प्रत्यक्ष इमेजिंग सक्षम, रोबो - ए ओ अनुकूली प्रकाशिकी प्रणाली द्वारा नियोजित उन के रूप में उन्नत तकनीक का इस्तेमाल किया जाना चाहिए.

Introduction

खगोलीय इमेजिंग पर वायुमंडलीय अशांति के प्रभाव 1 क्रिस्टियान Huygens 4 और 5 इसहाक न्यूटन द्वारा सदियों पहले मान्यता प्राप्त है. 1 वैचारिक अनुकूली प्रकाशिकी अशांति के प्रभाव के लिए क्षतिपूर्ति डिजाइन होरेस Babcock 6 और व्लादिमीर Linnik 7 द्वारा स्वतंत्र रूप से 1950 के दशक में प्रकाशित किए गए थे. अमेरिका के रक्षा विभाग तो शीत युद्ध के दौरान 8 इमेजिंग विदेशी उपग्रहों के उद्देश्य के लिए 1970 के दशक में 1 अनुकूली प्रकाशिकी प्रणाली के विकास वित्त पोषित. असैनिक खगोलीय समुदाय 1980 के दशक में प्रगति के विकास सिस्टम बनाया है, तथापि, 1992 (9 Ref.) में अनुकूली प्रकाशिकी पर सैन्य अनुसंधान के declassification के बाद, वहाँ दोनों और खगोलीय 10 सिस्टम की संख्या जटिलता में एक विस्फोट किया गया.

लगभग बीस दिखाई और अवरक्त आज दूरबीन के बहुमत apertures के साथ 5 मीटर से अधिक equippeघ अनुकूली प्रकाशिकी प्रणाली (जैसे refs. 11-19) के साथ. के रूप में दूरबीन बड़ा है, और इस प्रकार अधिक सक्षम प्रकाश संग्रह में हो, संकल्प और संवेदनशीलता के बारे में अधिक से अधिक लाभ जब अनुकूली प्रकाशिकी का उपयोग कर रहे हैं. दुर्भाग्य से, बड़े दूरबीन अनुकूली प्रकाशिकी प्रणाली अत्यंत जटिल और अपने अभियान में मौजूदा प्रौद्योगिकी की वजह से निकट अवरक्त तरंगदैर्य के लिए प्रतिबंधित कर रहे हैं, वे समर्थन स्टाफ की टीमों की आवश्यकता होती है, अक्सर बड़े देख ओवरहेड्स के साथ, और इन दुर्लभ और बहुमूल्य संसाधनों का उपयोग भी है सीमित है.

आकार स्पेक्ट्रम के दूसरे छोर पर 1-3 मीटर वर्ग में एक सौ दूरबीन पर अच्छी तरह से कर रहे हैं, लेकिन इनमें से बहुत कुछ अनुकूली प्रकाशिकी के साथ लगे हैं. वायुमंडलीय अशांति संशोधन, कम दिखाई तरंगदैर्य पर भी, इन छोटे दूरबीन पर मौजूदा प्रौद्योगिकी के साथ विनयशील हो जाता है क्योंकि वे वायुमंडलीय अशांति की एक बहुत छोटी मात्रा (1 चित्रा) के माध्यम से देखो. अशांति मैं की कुल राशिऑप्टिकल त्रुटि तराजू दूरबीन प्राथमिक दर्पण व्यास के साथ और तरंग दैर्ध्य के साथ inversely देख लगभग आनुपातिक nduced. एक ही प्रौद्योगिकी अनुकूली प्रकाशिकी कि बड़े दूरबीन पर लगभग अवरक्त प्रकाश के साथ प्रयोग किया जाता है मामूली आकार दूरबीनों पर दिखाई प्रकाश के साथ इस्तेमाल किया जा सकता है. इसके अतिरिक्त, इस पैमाने के कई दूरबीन या तो कर रहे हैं (जैसे रेफरी 20.) Retrofitted किया जा रहा या नव पूरी तरह रोबोट रिमोट, और / या स्वायत्त क्षमताओं (जैसे रेफरी. 21) के साथ बनाया गया है, काफी इन सुविधाओं की लागत प्रभावशीलता में वृद्धि. यदि अनुकूली प्रकाशिकी के साथ सुसज्जित किया गया है, इन दूरबीन खगोलीय विज्ञान के कई क्षेत्रों में है कि अन्यथा अव्यावहारिक या बड़े दूरबीन अनुकूली प्रकाशिकी 22 प्रणालियों के साथ असंभव को आगे बढ़ाने के लिए एक सम्मोहक मंच की पेशकश करेगा. विवर्तन सीमित भीड़ 2 क्षेत्रों में लक्षित 23,24 लक्ष्य, लंबी अवधि के 25,26, निगरानी, ​​और तेजी क्षणिक लक्षण वर्णन के हजारों के दसियों के सर्वेक्षण7, इन मामूली apertures पर अनुकूली प्रकाशिकी के साथ संभव हैं.

इस नई खोज अंतरिक्ष की खोज करने के लिए, हम इंजीनियर और लागू 1-3 मीटर वर्ग दूरबीन, Robo एओ (2,3 refs., चित्रा 2) के लिए एक नई आर्थिक प्रणाली अनुकूली प्रकाशिकी. इलेक्ट्रॉनिक्स का एक सेट; और एक दूरबीन Cassegrain ध्यान में रखा (प्राथमिक दर्पण के पीछे, चित्रा 3) उपकरण है कि एक उच्च गति घरों लेजर प्रणाली: अन्य लेजर अनुकूली प्रकाशिकी प्रणाली के साथ के रूप में रोबो - ए ओ कई मुख्य सिस्टम शामिल ऑप्टिकल शटर, wavefront संवेदक, wavefront correctors, विज्ञान उपकरणों और अंशांकन स्रोतों. रोबो - ए ओ यहाँ दर्शाया डिजाइन दिखाता है कि कैसे एक ठेठ लेजर प्रणाली अनुकूली प्रकाशिकी व्यवहार में संचालित है.

रोबो - ए ओ लेजर प्रणाली की कोर क्यू स्विच पराबैंगनी दूरबीन के किनारे पर एक संलग्न प्रोजेक्टर विधानसभा में 10-डब्ल्यू घुड़सवार लेजर है. लेजर ही, लेजर के साथ शुरूएक आधे लहर का अनुमान रैखिक ध्रुवीकरण के कोण को समायोजित करने के लिए थाली, और एक अपलिंक टिप झुकाव दर्पण दोनों आकाश पर स्पष्ट लेजर बीम की स्थिति को स्थिर प्रोजेक्टर तो लेजर आंतरिक शटर के अलावा एक निरर्थक शटर, अतिरिक्त सुरक्षा के लिए शामिल और दूरबीन वंक के लिए सही है. एक समायोज्य ध्यान मंच पर एक द्वि - उत्तल लेंस एक 15 सेमी उत्पादन एपर्चर लेंस, जो ऑप्टिकली दर्पण टिप झुकाव संयुग्म को भरने के लिए लेजर बीम फैलता है. उत्पादन में 10 किमी की दूरी पर लाइन की दृष्टि लेंस लेजर प्रकाश केंद्रित है. लेजर दालों (~ 35 एनएस लंबे समय हर 100 μs) के रूप में वातावरण के माध्यम से प्रोजेक्टर, दूरबीन (चित्रा 2B) की ओर फोटॉनों हवा के अणुओं और बदले बंद रेले तितर बितर के एक छोटे अंश से दूर प्रचार. लौटने बिखरे फोटॉनों लेजर के पूरे ऊपर पथ के साथ आरंभ, और अन्यथा एक लकीर है कि wavefront माप गलत होगा के रूप में प्रकट होता है. अनुकूली प्रकाशिकी inst के भीतरrument, एक उच्च गति Pockels सेल ऑप्टिकल 28 शटर केवल सिर्फ 10 मी प्रोजेक्टर ध्यान केंद्रित के आसपास एक माहौल की संकीर्ण टुकड़ा से लौटने, जिसके परिणामस्वरूप एक जगह के रूप में प्रदर्शित होने के लेजर में लेजर प्रकाश संचारित करने के लिए प्रयोग किया जाता है. Pockels सेल की स्विचिंग स्पंदित लेजर के रूप में एक ही गुरु घड़ी द्वारा संचालित है, वातावरण के माध्यम से लेजर पल्स के गोल यात्रा समय के लिए खाते में देरी से. अंत में, के बारे में केवल हर खरब का शुभारंभ किया फोटॉनों में एक wavefront संवेदक द्वारा पता चला है. फिर भी, इस उज्ज्वल प्रवाह अनुकूली प्रकाशिकी प्रणाली को संचालित करने के लिए पर्याप्त है.

पराबैंगनी लेजर मानव आंख, कॉर्निया और लेंस 29 में मुख्य रूप से अवशोषण के कारण अदृश्य होने का अतिरिक्त लाभ है. जैसे, यह फ्लैश अंधा पायलटों को करने में असमर्थ है और एक कक्षा 1 लेजर प्रणाली सभी के लिए संभव (यानी आपरेशन के दौरान हानिकारक विकिरण स्तर पर उत्पादन के काबिल नहीं है और कोई नियंत्रण 30 उपायों से छूट) मानाoverflying विमान में व्यक्तियों की जोखिम, मानव साइट पर स्थित है के रूप में सामान्य रूप से 31 अमेरिका के भीतर संघीय विमानन प्राधिकरण द्वारा आवश्यक स्पॉटर के लिए नष्ट करने की जरूरत है. दुर्भाग्य से, लेजर के लिए संभावना कम पृथ्वी की कक्षा में कुछ उपग्रहों को नुकसान मौजूद हो सकता है. इस कारण से, यह दोनों सुरक्षा और दायित्व चिंताओं के लिए सिफारिश की है करने के लिए एक उपयुक्त एजेंसी (32 अमेरिका के भीतर अमेरिका के सामरिक कमान (USSTRATCOM) के साथ उदाहरण के लिए) के साथ लेजर गतिविधियों के समन्वय.

wavefront संवेदक जो रोबो - ए ओ Cassegrain साधन के भीतर आने वाले लेज़र प्रकाश उपाय एक झोंपड़ी-Hartmann 33 सेंसर के रूप में जाना जाता है, और एक lenslet सरणी, ऑप्टिकल रिले और इमेजिंग सेंसर भी शामिल है. lenslet सरणी एक अपवर्तक ऑप्टिकल तत्व है, दूसरी तरफ वर्ग के आकार उत्तल लेंस के एक ग्रिड के साथ एक तरफ फ्लैट. यह एक ऑप्टिकली दूरबीन के प्रवेश द्वार पुतली संयुग्म स्थिति में स्थित है. जब वें से 'प्रकाश वापसी'ई लेजर lenslest सरणी के माध्यम से गुजरता है, लेजर पर आकाश की छवियों सरणी में लेंस (4 चित्रा) में से प्रत्येक के ध्यान में बनाया जाता है. लेजर छवियों का यह पैटर्न तो ऑप्टिकली एक यूवी अनुकूलित आरोप डिवाइस युग्मित कैमरा (सीसीडी) के लिए relayed. प्रत्येक छवि के पार्श्व xy स्थिति स्थानीय ढाल या सरणी के प्रत्येक लेंस के माध्यम से प्रकाश की लहर के 'ढाल' का एक उपाय देता है. रोबो - ए ओ के साथ प्रत्येक स्थिति माप का संकेत करने के लिए शोर अनुपात 6 से 10 जेनिथ कोण पर निर्भर करता है और देखने की स्थिति (100 से 200 प्रति छवि प्रति photoelectrons को लेकर संकेत के साथ 6.5 चार पिक्सल के प्रत्येक डिटेक्टर शोर के इलेक्ट्रॉनों पर्वतमाला ) माप.

प्रकाश लहर के समग्र आकार तो एक wavefront पूर्व गणना reconstructor मैट्रिक्स द्वारा मापा ढलानों गुणा करके गणना की है. reconstructor मैट्रिक्स पहले शिष्य ज्यामिति कि उप lenslet सरणी से विभाजित है की एक मॉडल बनाने के द्वारा बनाई गई है. व्यक्तिगत आधार ortho सामान्य(इस मामले में 11 वें रेडियल आदेश डिस्क हार्मोनिक कार्यों, कुल 75 कार्यों के लिए, रेफरी 34) कार्यों और प्रत्येक लेंस के पार एक 2-D कम से कम वर्गों विमान सबसे अच्छा फिट समाधान मॉडल पर महसूस कर रहे हैं सरणी में गणना की है. हालांकि यह औसत ढाल करने के लिए एक सन्निकटन है, व्यवहार में अंतर नगण्य आसानी से अनुमानित शिष्य के किनारों पर आंशिक रूप से प्रबुद्ध लेंस की ज्यामिति को संभालने के लाभ के साथ है. इस प्रकार एक प्रभाव मैट्रिक्स ली गई है कि हर लेंस के लिए ऑफसेट ढलान के साथ प्रत्येक आधार समारोह के लिए इकाई amplitudes धर्मान्तरित. reconstructor मैट्रिक्स तो प्रभाव मैट्रिक्स के छद्म व्युत्क्रम लेने विलक्षण मूल्य अपघटन का उपयोग करके बनाया जाता है. एक बार प्रकाश लहर के आकार के आधार सेट के गुणांक के रूप में जाना जाता है, एक प्रतिपूरक उलटा आकार उच्च आदेश wavefront पढ़नेवाला पर कमान जा सकता है. एक माप बनाने की प्रक्रिया है, तो सुधार लागू करने, और इस चक्र को दोहराऔर अधिक से अधिक एक अभिन्न नियंत्रण पाश का एक उदाहरण है. रोबो - ए ओ 1.2 kHz के एक दर पर नियंत्रण पाश निष्पादित करता है, वातावरण की गतिशीलता के साथ रखने के लिए आवश्यक है. कम से कम 1 के एक पैमाने कारक (भी अभिन्न नियंत्रण पाश के लाभ के रूप में जाना जाता है), और आमतौर पर 0.6 के करीब, सुधार के संकेत नियंत्रण पाश की स्थिरता को बनाए रखने, जबकि अभी भी सही के अवशिष्ट त्रुटि को कम करने के लिए लागू किया जाता है प्रकाश.

रोबो - ए ओ के भीतर उच्च आदेश wavefront पढ़नेवाला एक माइक्रो इलेक्ट्रो मैकेनिकल सिस्टम (MEMS) deformable दर्पण 35 है. रोबो - ए ओ 120 actuators का उपयोग करता है दर्पण के प्रबुद्ध सतह, स्थानिक संकल्प में सही गणना को सही करने आकार फिट करने के लिए पर्याप्त समायोजित. actuators 3.5 सुक्ष्ममापी है जो 7 सुक्ष्ममापी ऑप्टिकल चरण मुआवजा से मेल खाती है की एक अधिकतम सतह विचलन आयाम है. खगोलीय वेधशालाओं में विशिष्ट वायुमंडलीय स्थितियों में, यह मुआवजा 5 से अधिक लंबाई की सिग्माअशांति के आयाम ऑप्टिकल त्रुटि और महत्वपूर्ण सुधार headroom में इसलिए परिणाम प्रेरित किया. इसके अलावा, deformable दर्पण स्थिर ऑप्टिकल साधन और कम गतिशील रेंज की कीमत पर दूरबीन से उत्पन्न होने वाली त्रुटियों के लिए क्षतिपूर्ति कर सकते हैं.

सूक्ष्मता वातावरण की एक जांच के रूप में एक लेजर का उपयोग करने के लिए अपनी असमर्थता खगोलीय छवि गति को मापने के लिए 36 है. लौटने लेजर प्रकाश लगभग एक ही स्थिति से यह अनुमान है और इसलिए हमेशा आकाश पर एक ही स्थान में दिखाई देनी चाहिए से देखा जाता है. कोई समग्र wavefront संवेदक द्वारा लौट लेजर प्रकाश लहर में मापा झुकाव की ओर इशारा करते हुए यांत्रिक त्रुटियों द्वारा प्रभुत्व है. झुकाव के संकेत लेजर प्रणाली अपलिंक टिप झुकाव दर्पण ड्राइव करने के लिए प्रयोग किया जाता है, इस प्रकार झोंपड़ी-Hartmann wavefront संवेदक पर केंद्रित पैटर्न रखते. खगोलीय छवि प्रस्ताव को सही विज्ञान कैमरों के साथ अलग से नियंत्रित किया जाता है, नीचे के रूप में समझाया गया है.

रोबो - ए ओ का उपयोग करता हैचार बंद - अक्ष परवलयिक (OAP) दूरबीन से विज्ञान achromatically कैमरों (3 चित्रा) रिले प्रकाश दर्पण. रिले पथ एक तेजी से टिप झुकाव को सही रूप में के रूप में अच्छी तरह से एक वायुमंडलीय फैलाव (एडीसी) पढ़नेवाला 37 दर्पण prisms घूर्णन की एक जोड़ी के शामिल शामिल हैं. एडीसी एक विशेष वातावरण है कि सीधे ऊपर नहीं कर रहे हैं के माध्यम से वस्तुओं को देख संबंधित मुद्दे का हल: वातावरण एक चश्मे के रूप में कार्य करता है और तरंग दैर्ध्य के एक समारोह के रूप में प्रकाश refracts, समग्र प्रभाव दूरबीन के रूप में मजबूत बनने के साथ ऊंचाई में कम अंक, छवियों के कारण विशेष रूप से उन है कि अनुकूली प्रकाशिकी सुधार द्वारा बढ़ाई है - क्षितिज के लिए सामान्य दिशा में लम्बी दिखाई देते हैं. एडीसी आने वाले प्रकाश के फैलाव की एक विपरीत राशि जोड़ने के लिए, प्रभावी ढंग से वायुमंडलीय प्रिज्मीय फैलाव (5 चित्रा) के प्रभाव को नकार सकते हैं. OAP रिले के अंत में एक दृश्य dichroic है कि λ <95 के प्रकाश को दर्शाता हैएक इलेक्ट्रॉन बढ़ आरोप डिवाइस युग्मित कैमरा (EMCCD) 0 एनएम जबकि एक अवरक्त कैमरे की ओर अवरक्त प्रकाश प्रसारण. EMCCD कैमरे बहुत कम (डिटेक्टर) इलेक्ट्रॉनिक 38,39 शोर, के साथ एक फ्रेम दर है जो विवर्तन सीमित कोणीय संकल्प के नीचे करने के लिए छवि अंतर जोखिम की गति कम कर देता है पर छवियों पर कब्जा करने की क्षमता है. फिर से केंद्रित है और इन छवियों की एक श्रृंखला stacking, एक लंबे समय से जोखिम छवि कम से कम शोर दंड के साथ संश्लेषित किया जा सकता है. EMCCD कैमरे भी अवरक्त कैमरे पर छवि गति को स्थिर करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, एक imaged खगोलीय स्रोत की स्थिति के मापन के लिए लगातार एक इच्छित स्थान पर तेजी से टिप झुकाव फिर से बिंदु छवि आदेश करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. प्रत्येक कैमरे के आगे खगोलीय फिल्टर का एक उचित सेट के साथ फिल्टर पहियों का एक सेट है.

एक आंतरिक दूरबीन और स्रोत सिम्युलेटर एक अंशांकन उपकरण के रूप में रोबो - ए ओ प्रणाली में एकीकृत है. इसके साथ ही पराबैंगनी अनुकरण कर सकते हैं10 किमी और अनन्तता में एक blackbody स्रोत पर लेजर ध्यान केंद्रित, मेजबान दूरबीन फोकल अनुपात और निकास शिष्य स्थिति मिलान. रोबो - ए ओ के भीतर 1 गुना दर्पण दूरबीन के अनुकूली प्रकाशिकी प्रणाली माध्यमिक दर्पण से सभी प्रकाश निर्देशन. गुना दर्पण भी एक motorized मंच है जो आंतरिक दूरबीन और स्रोत सिम्युलेटर प्रकट रास्ते से बाहर हो सकता है पर मुहिम शुरू की है.

जबकि रोबो - ए ओ प्रणाली के लिए एक पूरी तरह से स्वायत्त फैशन में काम करने का इरादा है, एक अनुकूली प्रकाशिकी अवलोकन के कई कदम के प्रत्येक मैन्युअल रूप से क्रियान्वित किया जा सकता है. यह कदम दर कदम प्रक्रिया है, एक संक्षिप्त विवरण के साथ, निम्न अनुभाग में विस्तृत है.

Protocol

1. पूर्व देख प्रक्रिया

  1. खगोलीय मनाया जा लक्ष्यों की एक सूची बनाओ.
  2. कुल जोखिम प्रत्येक वैज्ञानिक फिल्टर और कैमरे के संयोजन में वांछित एक आवश्यक संकेत करने के लिए शोर अनुपात तक पहुँचने के लिए प्रत्येक लक्ष्य के लिए आवश्यक समय की गणना.
  3. खगोलीय टिप्पणियों के अग्रिम में 3 दिनों से अधिक USSTRATCOM मनाया जा लक्ष्यों की सूची संचारित. बार प्रत्येक अनुरोध लक्ष्य पर संभावित उपग्रहों को नुकसान पहुँचाए बिना लेजर प्रणाली का उपयोग करने के लिए सुरक्षित - वे एक भविष्य कहनेवाला परिहार (PAM) संदेश 'खुले खिड़कियों के' का संकेत वापस भेज देंगे.
  4. दिन के दौरान दूरबीन पर रोबो - ए ओ प्रणाली स्थापित अगर (चित्रा 2 1.5 मीटर दूरबीन P60 पर रोबो - ए ओ पालोमर वेधशाला, CA में उदाहरण के लिए) पहले से ही नहीं किया है.
  5. 1 गुना लेजर wavefront संवेदक आंतरिक दूरबीन और स्रोत सिम्युलेटर प्रकट दर्पण का अनुवाद, और नकली लेजर स्रोत पर बारी. </ Li>
  6. रिकॉर्ड wavefront संवेदक कैमरे पर नकली लेजर छवियों की स्थिति. इन पदों संदर्भ झोंपड़ी-Hartmann wavefront संवेदक के लिए ढलान माप के रूप में इस्तेमाल कर रहे हैं और निम्नलिखित पर माप आकाश से घटाया जाएगा. इस प्रक्रिया में बदलते तापमान के कारण साधन संरेखण में छोटे ऑप्टिकल परिवर्तन calibrates.
  7. अपनी मूल स्थिति में 1 गुना दर्पण लौटें और बंद सिम्युलेटेड लेजर स्रोत बारी.
  8. पहले उन्हें रात की योजना बनाई गतिविधि के बारे में सूचित करने के लिए और किसी भी अद्यतन या पाम परिवर्तन प्राप्त देख USSTRATCOM एक घंटे से संपर्क करें.
  9. 10 डब्ल्यू जबकि छोड़ने निरर्थक शटर बंद पर पराबैंगनी लेज़र मुड़ें. एक तरल शीतलन प्रणाली लेजर भीतर डायोड पंप के तापमान को नियंत्रित करता है और लगभग को स्थिर करने के लिए एक घंटे की आवश्यकता है.
  10. जाँच करें कि स्थितियाँ सुरक्षित हैं दूरबीन गुंबद खोलने एक बार यह अवलोकन के लिए काफी अंधेरा है. यह एक सुरक्षित की श्रेणी में शामिल हैंनमी के लिए, ओस बिंदु अवसाद, वर्षा, हवा की गति, और हवाई कणों.
  11. एक अपेक्षाकृत उज्ज्वल सितारा (मीटर वी 5 ≤) उपरि दूरबीन गुंबद और बिंदु खोलें.
  12. स्थिति सितारा जब तक दूरबीन माध्यमिक दर्पण लगभग सबसे अच्छा ध्यान (छोटी छवि चौड़ाई) द्वारा दूरबीन Refocus. विज्ञान कैमरों में से एक से एक जीवित छवि से मैनुअल आकलन के लिए पर्याप्त है.

2. उच्च क्रम अनुकूली प्रकाशिकी सुधार

  1. एक खगोलीय लक्ष्य है कि PAM के अनुसार एक पर्याप्त लंबी 'खुली खिड़की' उठाओ.
  2. कम से कम 1 मिनट के एक बफर के साथ 'खुली खिड़की' के अंत के लिए एक अलार्म सेट. यदि एक अवलोकन के दौरान अलार्म बंद हो जाता है, तुरंत लेजर शटर.
  3. चयनित खगोलीय लक्ष्य की ओर दूरबीन प्वाइंट. विज्ञान कैमरों के क्षेत्र का दृश्य में आवश्यक के रूप में इंगित दूरबीन का समायोजन करके ऑब्जेक्ट (ओं) फ़्रेम.
  4. इस बात की पुष्टि करें कि लेजर अपलिंक टिप झुकाव दर्पण आंतरिक और निरर्थक लेजर बंद खोलने से पहले अपनी सीमा में केंद्रित है - आकाश पर लेजर (2 चित्रा) के प्रचार.
  5. Wavefront सेंसर कैमरा, लगभग 1200 तख्ते से डेटा के एक दूसरे के रिकार्ड, जबकि Pockels सेल ऑप्टिकल शटर बंद कर दिया है.
  6. इस डेटा से एक औसत छवि की गणना. यह एक पृष्ठभूमि wavefront संवेदक कैमरे द्वारा कब्जा कर लिया छवियों से किसी भी बिजली या ऑप्टिकल पूर्वाग्रह घटाना फ्रेम के रूप में इस्तेमाल किया जाएगा.
  7. ऐसी है कि 10 किमी से लेजर दालों wavefront संवेदक को प्रेषित कर रहे हैं पर Pockels सेल ट्रिगर प्रणाली मुड़ें.
  8. झोंपड़ी-Hartmann लेजर छवियों के पैटर्न तक सर्पिल खोज अपलिंक टिप झुकाव दर्पण wavefront सेंसर कैमरा (4B चित्रा) में दिखाई देते हैं. अपलिंक स्थिति में दर्पण टिप झुकाव छोड़ दें.
  9. एक नई wavefront संवेदक पृष्ठभूमि छवि रिकार्ड जबकि Pockels सेल क्षण भर ओ कर दिया जाता हैएफएफ. यह आवश्यक है ऑप्टिकल पृष्ठभूमि में परिवर्तन के रूप में लेजर के रूप में थोड़ा अलग अलग दिशाओं में अपलिंक टिप झुकाव दर्पण द्वारा उठाई है.
  10. उच्च क्रम अनुकूली प्रकाशिकी प्रणाली शुरू करो. इस बिंदु पर दो नियंत्रण loops के साथ शुरू कर रहे हैं, प्रत्येक लेजर wavefront संवेदक lenslet सरणी द्वारा बनाई गई छवि के पदों deformable दर्पण actuators ड्राइव करने के लिए गैर planar प्रकाश तरंगों दूरबीन में प्रवेश करने समतल इससे पहले कि वे विज्ञान कैमरों के लिए प्रचार करने के लिए उपयोग किया जाता है . स्थिति मापन की एक भारित औसत भी अपलिंक दर्पण टिप झुकाव आदेश wavefront संवेदक पर लेजर छवियों के पैटर्न के centration बनाए रखने के लिए प्रयोग किया जाता है.

3. दर्शनीय में अवलोकन (पोस्ट कार्योत्तर पंजीकरण सुधार के साथ)

  1. सेट वांछित देख फिल्टर (ओं) को फिल्टर पहियों की स्थिति.
  2. एडीसी ऐसी prisms की कोण सेट है कि अवशिष्ट वायुमंडलीय प्रिज्मीय फैलाव पर कम से कम हैविज्ञान उपकरणों.
  3. जोखिम और EMCCD कैमरे पर ऐसी है कि वहाँ एक न्यूनतम सीमा हस्तांतरण ~ 10 हर्ट्ज के फ्रेम 30 पसंदीदा हर्ट्ज के साथ, दर फ्रेम आकार सेट. इस दर पर कब्जा कर लिया डेटा आम तौर पर अंतर जोखिम विवर्तन सीमित कोणीय संकल्प नीचे छवि गति कम हो जाएगा.
  4. इलेक्ट्रॉन गुणा EMCCD है कि इस तरह के लक्ष्यों की अधिकतम तीव्रता लगभग आधा डिटेक्टर की अच्छी तरह से गहराई या fainter लक्ष्य के लिए एक 300 का अधिकतम मूल्य पर है कैमरे पर लाभ सेट.
  5. बेहोश लक्ष्यों के लिए, उन लगभग 15 की एक तारकीय परिमाण से अधिक, EMCCD कैमरे के फ्रेम दर धीमी गति से नीचे जब तक वहाँ कम से कम ~ 5-10 फोटॉनों छवि बात फैल समारोह के कोर में पता लगाया जा रहा है. जबकि फ्रेम के भीतर और कोणीय संकल्प को कम करने (अतिरिक्त छवि गति धुंधला करने के लिए इस सुराग जैसे रेफरी 40, मोटे तौर पर दो बार मीटर ~ 16.5 टा r पर संकल्प विवर्तन सीमित) rgets, कई प्रमुख फोटॉनों उचित पंजीकरण कार्योत्तर प्रसंस्करण के लिए आवश्यक हैं.
  6. रिकार्ड EMCCD कैमरे से छवियों की एक सतत सेट तक कुल एकीकृत जोखिम समय 1.2 में समय की गणना के बराबर होती है.

4. इन्फ्रारेड में अवलोकन (दर्शनीय टिप झुकाव सुधार के साथ)

  1. एक ब्रॉडबैंड फिल्टर EMCCD कैमरे के सामने में फिल्टर पहिया सेट करने के लिए, एक स्पष्ट फिल्टर या एक λ> 600nm फिल्टर लंबी पास अर्थात्.
  2. वस्तु की पिक्सेल की स्थिति के लिए एक टिप झुकाव EMCCD कैमरे पर गाइड के स्रोत के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है जबकि एक जीवित छवि को देख नोट.
  3. निम्नलिखित मूल्यों के लिए कैमरा readout सेटिंग्स सेट: 4 का एक पहलू द्वारा बिन पिक्सल, और फ्रेम हस्तांतरण readout उप फ्रेम क्षेत्र स्थापित करने के लिए 2 की कुल × 2 binned पहले उल्लेख स्थिति पर केन्द्रित पिक्सल हो.
  4. EMCCD कैमरे के फ्रेम दर और इलेक्ट्रॉन गुणा लाभ सेट टिप झुकाव की चमक मैचस्रोत गाइड. 300 हर्ट्ज के एक फ्रेम दर (एक नियंत्रण पाश ~ 30 हर्ट्ज के सुधार बैंडविड्थ के लिए) पसंद है, लेकिन fainter वस्तुओं के लिए आवश्यक के रूप में कम गुणवत्ता सुधार टिप झुकाव की कीमत पर उतारा जा सकता है.
  5. टिप झुकाव नियंत्रण पाश शुरू. यह वर्तमान गाइड स्रोत की स्थिति की गणना करने के लिए और तेजी से टिप झुकाव सही दर्पण कमान binned पिक्सेल क्षेत्र के केंद्र के लिए अपनी स्थिति ड्राइव.
  6. अवरक्त कैमरे से छवियों को रिकार्ड तक कुल एकीकृत जोखिम समय 1.2 में समय की गणना के बराबर होती है. अधिकतम एकल फ्रेम जोखिम बार अवरक्त उत्सर्जन से संतृप्ति द्वारा ही सीमित हो जाएगा, आकाश, साधन, या ऑब्जेक्ट से, या अंधेरे अवरक्त सरणी से मौजूदा. जोखिम कई मिनट के लिए एक दूसरे के भागों से लेकर कर सकते हैं.

5. रात प्रकिया की समाप्ति

  1. बंद दूरबीन गुंबद और फ्लैट स्क्रीन दूरबीन कहना है जब देख पूरा हो गया है.
  2. लेजर बंद करेंऔर 15 मिनट के भीतर रात गतिविधियों का एक सारांश के साथ USSTRATCOM संपर्क करता है.
  3. गुंबद पर फ्लैट दीपक मुड़ें.
  4. दोनों फ्लैट क्षेत्र प्रत्येक खगोलीय पूर्ववर्ती रात के दौरान प्रयोग किया जाता फिल्टर के लिए फ्लैट स्क्रीन पर गुंबद फ्लैट दीपक द्वारा उत्पादित रोशनी की EMCCD और अवरक्त कैमरों पर पूर्ण फ्रेम छवियों की एक श्रृंखला रिकॉर्ड. प्रत्येक पिक्सेल तीव्रता फ्लैट क्षेत्र संयुक्त दूरबीन, अनुकूली प्रकाशिकी प्रणाली, फिल्टर और कैमरे के सापेक्ष क्वांटम दक्षता का प्रतिनिधित्व करता है.
  5. गुंबद फ्लैट दीपक बंद और प्रत्येक कैमरे के सामने अवरुद्ध फिल्टर करने के लिए स्विच.
  6. दोनों जोखिम बार और छवि प्रारूप पिछले रात के दौरान दर्ज की सीमा को इसी कैमरे पर अंधेरे छवियों की एक श्रृंखला रिकॉर्ड. अंधेरे फ्रेम दर्ज आंकड़ों से अंधेरे वर्तमान और इलेक्ट्रॉनिक शोर के कारण पूर्वाग्रह को दूर करने के लिए किया जाता है.
  7. दूरबीन पार्क.

6. प्रसंस्करण छवियाँ

  1. एक एक अंधेरे ग बनाएँप्रत्येक अंधेरे छवि 5.6 में दर्ज श्रृंखला की माध्यिका) से alibration छवि.
  2. प्रत्येक फ्लैट क्षेत्र छवि 5.4 में दर्ज श्रृंखला) की माध्यिका की गणना इसी अंधेरे अंशांकन छवि को घटाकर और फिर फ्रेम में मंझला पिक्सेल मूल्य द्वारा पूरी छवि विभाजित करके प्रत्येक कैमरे पर एक फिल्टर के लिए एक फ्लैट क्षेत्र अंशांकन छवि बनाएँ.
  3. प्रत्येक पर आकाश विज्ञान EMCCD और अवरक्त कैमरों से दर्ज की छवि के लिए फ्लैट मैदान अंशांकन छवि द्वारा उचित अंधेरे अंशांकन छवि और विभाजन घटाएँ.
  4. पुनः केन्द्र प्रत्येक अवलोकन से प्रतिभाशाली पिक्सेल aligning और छवियों को एक साथ जोड़ने के लिए खड़ी एक छवि बनाने के द्वारा विज्ञान छवियों calibrated. बेहतर छवि पंजीकरण के लिए अधिक परिष्कृत दिनचर्या भी 39,41 इस्तेमाल किया जा सकता है.

Representative Results

रोबो - ए ओ लेजर प्रणाली अनुकूली प्रकाशिकी वायुमंडलीय अशांति के लिए क्षतिपूर्ति और दिखाई विवर्तन संकल्प सीमित छवियों का उत्पादन और प्रयोग किया जाता है . लगभग अवरक्त तरंगदैर्ध्य चित्रा 1A एक एकल सितारा 1.0 चाप की एक छवि चौड़ाई 2 के साथ uncompensated वायुमंडलीय अशांति के माध्यम से लाल बत्ती में देखा की एक छवि से पता चलता है चित्रा 1B अनुकूली प्रकाशिकी सुधार के बाद ही स्टार से पता चलता है: छवि चौड़ाई 0.12 चाप सेकंड के लिए कम हो जाती है. , एक दूरबीन 1.5 मीटर पर इस तरंग दैर्ध्य में 0.10 चाप सेकंड सही छवि की चौड़ाई की तुलना में थोड़ा बड़ा. 1 हवादार अंगूठी, विवर्तन का एक परिणाम है, छवि के कोर के आसपास संरचना की तरह बेहोश की अंगूठी के रूप में देखा जा सकता है. यह ज्यादा बेहतर कोणीय संकल्प द्विआधारी और कई सितारा (जैसे चित्रा 1C प्रणालियों और खोज के लिए सक्षम बनाता है रेफरी द्वारा टिप्पणियों 40) और इस तरह के रूप में घने क्षेत्रों में बहुत fainter सितारों का पता लगाने के लिए3 मेसियर की गोलाकार क्लस्टर (निकट अवरक्त में देखा, चित्रा 6) है कि अन्यथा असंभव हो वायुमंडलीय अशांति के माध्यम से सीधे देख. सौर प्रणाली की वस्तुओं के रूप में के रूप में अच्छी तरह से बृहस्पति अपनी transiting चाँद गेनीमेड (7 चित्रा) बादल की सतह के रूप में, सुविधाएँ, स्पष्टता का एक बड़ा डिग्री जब लेजर अनुकूली प्रकाशिकी के साथ देखा के साथ भी देखा जा सकता है.

चित्रा 1
चित्रा 1. अनुकूली प्रकाशिकी दिखाई तरंगदैर्य में सुधार प्रत्येक आंकड़ा 1.5 का प्रतिनिधित्व करता है. × 1.5 चाप 2 आसमान पर क्षेत्र के दृश्य (ए) एक लंबे समय से जोखिम एक स्टार, m = वी 3.5, मैं में uncompensated वायुमंडलीय अशांति के माध्यम से देखा की एक छवि (λ = 700 - 810 एनएम) बैंड पर 1.5 मीटर पालोमर वेधशाला में P60 दूरबीन. आधा अधिकतम पर पूरी चौड़ाई (FWHM) 1.0 चाप सेकंड है (बी) <./ Strong> (ए) के साथ लेजर अनुकूली प्रकाशिकी सुधार में रोबो - ए ओ प्रणाली का उपयोग कर के रूप में एक ही स्टार. तारकीय छवि की कोर 15 बार uncompensated छवि के शिखर चमक है और यह 0.12 चाप सेकंड एक FWHM (ग) एक द्विआधारी स्टार 0.14 चाप सेकंड एक जुदाई के साथ मीटर = वी 8.4 के प्रयोग के माध्यम से पता चला है. रोबो - ए ओ अनुकूली प्रकाशिकी प्रणाली. प्रत्येक मामले में, टिप झुकाव मार्गदर्शक लक्ष्य ही किया गया था.

चित्रा 2
चित्रा 2. रोबो - ए ओ लेजर प्रणाली अनुकूली प्रकाशिकी (ए) अनुकूली प्रकाशिकी और विज्ञान उपकरणों रोबोट 1.5 मीटर पालोमर वेधशाला में P60 दूरबीन की Cassegrain ध्यान में स्थापित कर रहे हैं. लेजर प्रणाली और समर्थन इलेक्ट्रॉनिक्स संतुलन के लिए दूरबीन ट्यूब के विपरीत दिशा से जुड़े होते हैं (बी) यूवी रोबो - ए ओ लेजर बीम पी.दूरबीन गुंबद के बाहर ropagating. यह लंबे समय जोखिम तस्वीर में, लेजर बीम रेले हवा के अणुओं की बिखरने की वजह से दिख रहा है, प्रकाश के एक छोटे अंश भी वातावरण की एक जांच के रूप में इस्तेमाल किया जा दूरबीन की ओर वापस scatters. लेजर बीम नारंगी यूवी प्रकाश यूवी संवेदनशील तस्वीर लेने के लिए इस्तेमाल किया कैमरे पर रंग फिल्टर के माध्यम से फैलता है की वजह से दिखाई देता है. बड़ा आंकड़ा देखने के लिए यहां क्लिक करें .

चित्रा 3
चित्रा 3. रोबो - ए ओ अनुकूली प्रकाशिकी और विज्ञान उपकरणों (ए) एक सरलीकृत सीएडी मॉडल. दूरबीन माध्यमिक दर्पण (नारंगी) से ध्यान केंद्रित लाइट वाद्य के केंद्र में एक छोटे से छेद के माध्यम से प्रवेश करती हैजाहिर किया जा रहा है 1 गुना दर्पण द्वारा एक बंद - अक्ष परवलयिक दर्पण (oap) की ओर से पहले 90 डिग्री से परिलक्षित. इस दर्पण deformable दर्पण की सतह पर दूरबीन शिष्य छवियों. Deformable दर्पण से प्रतिबिंब के बाद, एक यूवी dichroic लेजर प्रकाश (बैंगनी) विभाजन और यह लेजर wavefront संवेदक निर्देश है. Wavefront संवेदक के भीतर एक अतिरिक्त उलट OAP दर्पण गैर आम रास्ता ऑप्टिकल 10 किमी 1 OAP दर्पण की दूर दर्शाती लेजर की संयुग्म ध्यान केंद्रित द्वारा शुरू की त्रुटियों को सही है. यूवी dichroic के माध्यम से दिखाई और लगभग अवरक्त प्रकाश पासिंग (हरा) OAP दर्पण की एक जोड़ी के द्वारा वायुमण्डलीय प्रकीर्णन पढ़नेवाला relayed है. प्रकाश तो टिप झुकाव सही एक अंतिम OAP दर्पण दर्पण जो दिखाई dichroic की ओर केंद्रित प्रकाश से परिलक्षित होता है. दिखाई dichroic इलेक्ट्रॉन बढ़ सीसीडी दिखाई प्रकाश (नीला) को दर्शाता है और एक गुना दर्पण पहुंचाता लगभग अवरक्त प्रकाश (लाल)और अंततः अवरक्त कैमरा. संयुक्त यूवी, दूरबीन और स्रोत सिम्युलेटर (पीला) से दिखाई और अवरक्त प्रकाश अनुकूली प्रकाशिकी और रास्ते से बाहर 1 गुना दर्पण अनुवाद करके विज्ञान उपकरणों के लिए निर्देशित किया जा सकता है. (बी) साधन पैकेज की इसी तस्वीर बड़ा आंकड़ा देखने के लिए यहाँ क्लिक करें .

चित्रा 4
चित्रा 4. झोंपड़ी-Hartmann wavefront सेंसर (ए) संकल्पनात्मक आरेख. के रूप में एक फ्लैट लहर lenslet सरणी के माध्यम से गुजरता है, छवियों का एक नियमित पैटर्न डिटेक्टर (नीला) पर बनाई है. जब एक गैर planar लहर lenslet सरणी के माध्यम से गुजरता है, लहर के स्थानीय ढाल टी को प्रभावित करता हैवह सरणी (लाल) के प्रत्येक लेंस द्वारा निर्मित चित्रों की स्थिति (बी) रोबो - ए ओ झोंपड़ी Hartmann wavefront संवेदक में लेजर छवियों के पैटर्न. 88 स्थलों में से एक हर 10 किमी के रूप में lenslet सरणी के प्रत्येक लेंस के द्वारा समग्र पैटर्न दूरबीन शिष्य की ज्यामिति द्वारा निर्धारित आकार के साथ, का गठन से लेजर स्कैटर की एक छवि है. संदर्भ छवि की स्थिति (1.6 प्रक्रिया) के लिए सम्मान के साथ प्रत्येक छवि के सापेक्ष विस्थापन आने वाली प्रकाश की लहर के स्थानीय ढाल के एक माप देता है. बड़ा आंकड़ा देखने के लिए यहां क्लिक करें .

चित्रा 5
चित्रा 5. वायुमंडलीय प्रिज्मीय फैलाव के सुधार अनुकूली प्रकाशिकी एक 11 की छवियों सही × 16 चाप गोलाकार क्लस्टर के 2 subfield एक 15 मेसियर45 डिग्री के दूरबीन ऊंचाई (ए) जबकि अनुकूली प्रकाशिकी वायुमंडलीय अशांति के प्रभाव को सही, वायुमंडलीय प्रिज्मीय फैलाव अभी भी व्यक्तिगत सितारों की छवियों को प्रभावित करता है: छवियों क्षितिज को तेज समानांतर हैं, जबकि लगभग 1 चाप द्वारा क्षितिज को लम्बी सीधा पर 2 λ की एक वर्णक्रमीय बैंडविड्थ = 400 - 950 एनएम (बी) के अतिरिक्त एक वायुमंडलीय फैलाव पढ़नेवाला का उपयोग करने के लिए वायुमंडलीय प्रिज्मीय फैलाव प्रतिक्रिया, विवर्तन सीमित संकल्प इमेजिंग दोनों दिशाओं में बरामद किया है.

चित्रा 6
6 चित्रा. छवियाँ गोलाकार क्लस्टर मेसियर 3 (ए) 44 × 44 चाप 2 क्षेत्र के देखने के लिए, 2 मिनट गोलाकार क्लस्टर z-बैंड में 3 मेसियर के कोर के लंबे uncompensated छवि (λ = 830 - 950 एनएम) (बी) मैं एक हीदाना अनुकूली प्रकाशिकी सुधार रोबो - ए ओ का उपयोग कर कई सितारों है कि अन्यथा नहीं देखा जा सकता है खुलासा के साथ दिखाया गया है.

7 चित्रा
चित्रा 7. बृहस्पति के (ए) एक .033 2 बृहस्पति के uncompensated में r-बैंड (42 चाप सेकंड स्पष्ट व्यास) स्नैपशॉट छवियाँ (λ = 560-670 एनएम). (बी) रोबो - ए ओ लेजर अनुकूली प्रकाशिकी सुधार के साथ ही छवि सतह बादल सुविधाओं को दिखा रहा है और अधिक से अधिक स्पष्टता के साथ गेनीमेड (तीर) transiting.

Discussion

यहाँ प्रस्तुत पद्धति रोबो - ए ओ लेजर प्रणाली अनुकूली प्रकाशिकी के मैनुअल आपरेशन का वर्णन करता है. अभ्यास में, रोबो - ए ओ एक स्वचालित फैशन में चल रही है, प्रक्रियाओं के विशाल बहुमत एक रोबोट sequencer है जो एक ही कदम स्वतः प्रदर्शन के द्वारा नियंत्रित कर रहे हैं.

रोबो - ए ओ प्रणाली मामूली कीमत पर किया गया है सीधा प्रतिकृति के लिए सामग्री (USD600K ~) और भी एक दूरबीन 1.5 मीटर की लागत का एक अंश होने श्रम के साथ इंजीनियर. जबकि वहाँ व्यास में 5 मीटर से अधिक दुनिया भर के लगभग बीस ऑप्टिकल दूरबीन हैं, एक सौ से अधिक 1-3 मीटर वर्ग अच्छी तरह से संख्या में दूरबीन और रोबो - ए ओ क्लोनों के लिए संभावित मेजबान के रूप में पेश कर रहे हैं. मौजूदा 1.5 मीटर दूरबीन P60 प्रणाली तैनात करने के अलावा, उम्मीद है कि कई क्लोनों में से पहले महाराष्ट्र में 2 मीटर IGO 42 दूरबीन, भारत, और एक उज्ज्वल के बजाय wavefront संवेदन के लिए एक लेजर सितारों का उपयोग variant के लिए विकसित किया जा रहा है सी है किया जा रहा हैटेबल माउंटेन, 43 सीए में 1-मीटर दूरबीन पर ommissioned. विवर्तन सीमित विज्ञान के क्षेत्र में एक क्रांति के हाथ में हो सकता है.

Disclosures

लेखक कोई प्रतिस्पर्धा वित्तीय हितों की घोषणा.

Acknowledgments

रोबो - ए ओ प्रणाली भागीदार संस्थानों, राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन द्वारा कैलिफोर्निया प्रौद्योगिकी संस्थान और खगोल विज्ञान और खगोल भौतिकी के लिए इंटर यूनिवर्सिटी केंद्र से अनुदान द्वारा अनुदान AST-0906060 नग और AST-0960343, के तहत सहयोग के द्वारा समर्थित है माउंट. क्यूबा खगोलीय फाउंडेशन और शमूएल Oschin से एक उपहार है.

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