Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Телескоптар қолданатын жасанды жұлдыз бейнесі. Лазерлік жол көрсететін жұлдыз – астрономиялық адаптивті оптика жүйелерінде пайдалану үшін жасалған жасанды жұлдыз бейнесі. Бұл үлкен телескоптарда жарықтың атмосфералық бұрмалануын түзету үшін қолданылады (астрономиялық көру деп аталады). Адаптивті оптика (АО) жүйелері толқын фронтының анықтамалық жарық көзін, яғни жол көрсететін жұлдызды қажет етеді. Табиғи жұлдыздар осы мақсатта нүктелік көздер ретінде қызмет ете алады, бірақ аспанның барлық бөліктерінде жеткілікті жарық жұлдыздар болмайды, бұл табиғи жол көрсететін жұлдызды адаптивті оптиканың қолданылуын шектейді. Оның орнына, лазерді атмосфераға бағыттап жасанды жол көрсететін жұлдыз жасауға болады. Сәуленің жарығы атмосфераның жоғарғы қабаттарындағы бөлшектерден шағылысып телескопқа қайта оралады. Бұл жұлдызды телескоптың бағыттағысы келген кез келген нүктеге орналастыруға болады, бұл адаптивті оптика үшін қолжетімді аспанның аумағын кеңейтеді. Лазерлік сәуле атмосфера арқылы өтетін кезде астрономиялық көрудің әсерінен бұрылады, сондықтан лазерлік сәуле аспанда астрономиялық объектілер сияқты еркін қозғалмайды. Астрономиялық бейнелерді тұрақты ету үшін, лазерлік жол көрсететін жұлдыздың қозғалысын өтеу үшін, аспандағы жақын жердегі табиғи жұлдызды бақылау қажет. Алайда, бұл жұлдыз табиғи жол көрсететін жұлдызды адаптивті оптика үшін қажеттіге қарағанда әлдеқайда әлсіз болуы мүмкін, себебі ол тек бұрылыс пен еңіс бұрышын өлшеу үшін қолданылады, ал жоғары ретті бұрмалаулар лазерлік жол көрсететін жұлдыз арқылы өлшенеді. Бұл көптеген жұлдыздардың жарамды екенін және аспанның үлкен бөлігіне қолжетімді екенін білдіреді.
Artificial star image used by telescopes A laser guide star is an artificial star image created for use in astronomical adaptive optics systems, which are employed in large telescopes in order to correct atmospheric distortion of light (called astronomical seeing). Adaptive optics (AO) systems require a wavefront reference source of light called a guide star. Natural stars can serve as point sources for this purpose, but sufficiently bright stars are not available in all parts of the sky, which greatly limits the usefulness of natural guide star adaptive optics. Instead, one can create an artificial guide star by shining a laser into the atmosphere. Light from the beam is reflected by components in the upper atmosphere back into the telescope. This star can be positioned anywhere the telescope desires to point, opening up much greater amounts of the sky to adaptive optics. Because the laser beam is deflected by astronomical seeing on the way up, the returning laser light does not move around in the sky as astronomical sources do. In order to keep astronomical images steady, a natural star nearby in the sky must be monitored in order that the motion of the laser guide star can be subtracted using a tip tilt mirror. However, this star can be much fainter than is required for natural guide star adaptive optics because it is used to measure only tip and tilt, and all higher order distortions are measured with the laser guide star. This means that many more stars are suitable, and a correspondingly larger fraction of the sky is accessible.
Түрлері
Лазерлік жол көрсететін жұлдыздар жүйесінің екі негізгі түрі бар: натрийлік және Рэйли маяктары. Натрийлік маяктар мезосферадағы натрий қабатындағы атомдарды 589,2 нанометрге дейін реттелген лазер арқылы қуаттап жасалады. Бұл қабат шамамен 90-100 километр биіктікте орналасқан. Натрий атомдары лазер сәулесін қайта шығарып, жарқыраған жасанды жұлдыз құрайды. Натрийдің осы атомдық өтуі көшелерді жарықтандыруға қолданылатын натрийлі шамдарда да қолданылады. Рэйли маяктары төменгі атмосферадағы молекулалардың жарықты шашыратуына негізделген. Натрийлік маяктарға қарағанда, Рэйли маяктары әлдеқайда қарапайым және арзан, бірақ жасанды маяк атмосферада төмен орналасқандықтан, толқын фронтының анықтамасын жақсы қамтамасыз етпейді. Лазерлер көбінесе импульстік болып келеді, атмосфераның өлшемі уақыт бойынша шектеледі (импульс жіберілгеннен кейін бірнеше микросекундтан кейін жүзеге асады, соның салдарынан жердегі шашыраған жарыққа назар аударылмайды және атмосфераға бірнеше микросекунд бойы жоғары және кері сапарлаған жарық ғана анықталады).
There are two main types of laser guide star system, known as sodium and Rayleigh beacon guide stars. Sodium beacons are created by using a laser tuned to 589.2 nanometers to energize atoms in the sodium layer of the mesosphere at an altitude of around The sodium atoms then re emit the laser light, producing a glowing artificial star. The same atomic transition of sodium is used in sodium vapor lamps for street lighting. Rayleigh beacons rely on the scattering of light by the molecules in the lower atmosphere. In contrast to sodium beacons, Rayleigh beacons are much simpler and less costly, but do not provide as good a wavefront reference, since the artificial beacon is generated much lower in the atmosphere. The lasers are often pulsed, with measurement of the atmosphere being time gated (taking place several microseconds after the pulse has been launched, so that scattered light at ground level is ignored and only light that has traveled for several microseconds high up into the atmosphere and back is actually detected).
Лазерді дамыту
Бояу лазерлері лазерлік жолсеріктерде алғаш қолданылған лазерлік көздер болды. Бұл реттелетін лазерлер осы салада маңызды рөл атқаруын жалғастыруда. Дегенмен, кейбір зерттеушілер сұйық ортаны пайдалануды кемтарлық деп санайды. Натрийлік жетекші жұлдыз қолданбалары үшін екінші буын лазерлік көздеріне жиілік қосындысы арқылы алынған қатты дене лазерлері жатады. 2005 жылдан бері жаңа, үшінші буын лазерлік жүйелер әзірленуде. 2014 жылдан бастап толыққанды инженерлік жүйелер коммерциялық қолжетімділікке ие болды. Мұнда аталған реттелетін лазерлердің маңызды шығыс сипаттамалары дифракциялық шектеулі сәуле таралуы және тар жолақты эмиссияны қамтиды. Лазерлік жолсерік адаптивті оптикасы әлі де жас сала болып табылады, және технологияны дамытуға көп күш жұмсалуда. 2006 жылға дейін ғылыми байқаулар үшін тұрақты түрде қолданылған және рецензияланған ғылыми әдебиетте жарияланған нәтижелерге үлес қосқан екі ғана лазерлік жолсерік АО жүйесі болды: Калифорниядағы Лик және Паломар обсерваториялары мен Гавайидегі Кек обсерваториясы. Алайда, лазерлік жүйелер көптеген ірі телескоптарда әзірленуде болды, Уильям Гершель телескопы, Өте үлкен телескоп және Джемини Норт аспанда лазерлерді сынақтан өткізді, бірақ әлі тұрақты жұмыс істеуге қол жеткізе алмады. 2006 жылдан бастап лазерлік АО жүйелерін дамытып жатқан басқа обсерваториялар: Үлкен бинокулярлы телескоп және Гран Телескопио Канариас. Өте үлкен телескоптағы лазерлік жолсерік жүйесі 2007 жылдың маусым айында тұрақты ғылыми жұмысын бастады. 2016 жылдың сәуір айынан бастап 4 Лазерлік Жолсерік Қондырғысы (4LGSF) ЭСО-ның Өте үлкен телескобына (VLT) адаптивті оптика қондырғысының (AOF) жаңа жүйе бөлігі ретінде орнатылды. 4LGSF VLT Лазерлік Жолсерік Қондырғысының (LGSF) толықтырғышы болып табылады. Бір лазерлік сәуле орнына 4LGSF төрт лазерлік сәулені Чилидің солтүстігіндегі Параналь аспанына жіберіп, атмосферадағы 90 км биіктікте орналасқан натрий атомдарын жарықтандыру арқылы төрт жасанды жұлдыз жасайды. Бұл төрт жұлдыз белгілі бір бағытта жақсы түзетуге немесе адаптивті оптика арқылы түзетілген көрініс өрісін кеңейтуге мүмкіндік береді. 4LGSF лазерлік жүйесі ESO-да әзірленген және өнеркәсіпке берілген талшықты Раман лазерлік технологиясына негізделген. Раман талшықты лазерлік технологиясы бар төрт лазерге жаңарту Параналь обсерваториясындағы және MUSE (GALACSI-мен) жаңа құралдарды қолдау үшін қажет. Сонымен қатар, 4LGSF тұрақтылықты арттырады, алдын алу шараларын қолдау көлемі және бақылау сеансын дайындау уақыты LGSF-пен салыстырғанда айтарлықтай қысқарады, ол әлі өз бастапқы бояу лазерін пайдаланады (талшықты лазермен алмастырылатын жоспарланған). 4LGSF астрономдарға телескоптың адаптивті оптикасын қолдауға ұқсас жүйеге ие болатын E ELT құрылғыларын сынауға көмектеседі. Өкіметтік қуатының арқасында 4LGSF жұмысы кез келген қауіп-қатерді болдырмау үшін белгілі бір ережелерді сақтайды. Лазерлік жүйе автоматты түрде ұшақтардан қашу жүйесімен жабдықталған, егер ұшақ сәулелерге тым жақын келсе, лазерлерді өшіреді. Натрийлік лазерлік жолсерік үшін жеңіп өтуге үш негізгі қиындық бар: Лармор прецессиясы, кері импульс және өтпелі қанығу. Лармор прецессиясы, яғни геомагниттік өрісте натрий атомының прецессиясы (дәлірек айтқанда, бұл атомның квантталған жалпы бұрыштық импульс векторының прецессиясы), атомның бұрыштық импульсін өзгертіп, лазерлік жолсеріктің атомдық люминесценциясын азайтады. Екі деңгейлі циклдік ауысуды дөңгелек поляризацияланған жарықпен оптикалық сорғылау арқылы орнатуға болады. Өздігінен шығарылған сәуледен кері импульс атомға импульс соққысын береді, лазерлік жарықтың атомға қатысты қызыл жылжуына әкеледі, бұл атом лазерлік жарықты сіңіре алмайды және осылайша люминесценция жасай алмайды. Өтпелі қанығу - атомдардың жоғары бұрыштық импульс күйінен (F=2) төмен бұрыштық импульс күйіне (F=1) ауысуы, нәтижесінде сіңіру толқын ұзындығы өзгереді.
Dye lasers were the first laser sources used in laser guide star applications. These tunable lasers have continued to play a significant role in this field. However, the use of fluid gain media has been considered by some researchers as disadvantageous. Second generation laser sources for sodium guide star applications include sum frequency mixed solid state lasers. New third generation laser systems based on tunable diode lasers with subsequent narrow band Raman fiber amplification and resonant frequency conversion have been under development since 2005. Since 2014 fully engineered systems are commercially available. Important output features of the tunable lasers mentioned here include diffraction limited beam divergence and narrow linewidth emission. Laser guide star adaptive optics is still a very young field, with much effort currently invested in technology development. As of 2006, only two laser guide star AO systems were regularly used for science observations and have contributed to published results in peer reviewed scientific literature: those at the Lick and Palomar Observatories in California, and the Keck Observatory in Hawaii. However, laser guide star systems were under development at most major telescopes, with the William Herschel Telescope, Very Large Telescope and Gemini North having tested lasers on the sky but not yet achieved regular operations. Other observatories developing laser AO systems as of 2006 include the Large Binocular Telescope and Gran Telescopio Canarias. The laser guide star system at the Very Large Telescope started regular scientific operations in June 2007. Since April 2016, the 4 Laser Guide Star Facility (4LGSF) has been installed at the ESO's Very Large Telescope (VLT), as a new subsystem of the Adaptive Optics Facility (AOF). The 4LGSF is a complement of the VLT Laser Guide Star Facility (LGSF). Instead of a single laser beam, the 4LGSF propagates four laser beams into the skies of Paranal, in northern Chile, producing four artificial stars by illuminating sodium atoms located in the atmosphere at 90 km altitude. These four stars enable getting a better correction in a specific direction, or widening the field of view corrected by an adaptive optics. Each laser delivers 22 watts in a diameter of The 4LGSF Laser System is based on a fiber Raman laser technology, developed at ESO and transferred to industry. The upgrade to four lasers with fiber Raman laser technology is necessary to support the new instruments at Paranal Observatory, and MUSE (with GALACSI). Also with the 4LGSF the stability is increased, the amount of preventative maintenance support and the preparation of an observing run time will be considerably reduced compared to the LGSF, which currently uses still its original dye laser (planned to be replaced by a fiber laser). The 4LGSF helps astronomers to test devices for the E ELT, which will have a similar system to support the adaptive optics of the telescope. Given its power, the 4LGSF operations follow a protocol to avoid any risk. The laser system is equipped with an automatic aircraft avoidance system that shuts down the lasers if an aircraft ventures too close to the beams. For sodium laser guide stars, there are three main challenges to overcome: Larmor precession, recoil, and transition saturation. Larmor precession, which is the precession of the sodium atom in the geomagnetic field (precisely, it is the precession of the quantized total atomic angular momentum vector of the atom), decreases the atomic fluorescence of the laser guide star by changing the angular momentum of the atom before a two level cycling transition can be established through optical pumping with circularly polarized light. Recoil from spontaneous emission, resulting in a momentum kick to the atom, causes a redshift in the laser light relative to the atom, rendering the atom unable to absorb the laser light and thus unable to fluoresce. Transition saturation is the depopulation of atoms from a state of higher angular momentum (F=2) to a state of lower angular momentum (F=1), resulting in a different absorption wavelength.