Введение

Технология формирования для отражающих телескопов

Активная оптика – это технология, используемая в отражающих телескопах, разработанная в 1980-х годах, которая активно придает форму зеркалам телескопа для предотвращения деформации, вызванной внешними факторами, такими как ветер, температура и механические напряжения. Без активной оптики строительство телескопов класса 8 метров было бы невозможно, равно как и создание телескопов с сегментированными зеркалами. Этот метод используется, в частности, в Скандинавском оптическом телескопе, телескопе новой технологии, телескопе Telescopio Nazionale Galileo и телескопах Кека, а также во всех крупнейших телескопах, построенных с середины 1990-х годов. Активную оптику не следует путать с адаптивной оптикой, которая работает в более коротком временном масштабе и корректирует атмосферные искажения.

В астрономии

Большинство современных телескопов являются рефлекторами, основным элементом которых является очень большое зеркало. Исторически первичные зеркала были достаточно толстыми, чтобы сохранять правильную форму поверхности, несмотря на силы, стремящиеся её деформировать, такие как ветер и собственный вес зеркала. Это ограничивало их максимальный диаметр до 5 или 6 метров (200 или 230 дюймов), как, например, телескоп Хейла в обсерватории Паломар. В телескопах нового поколения, построенных с 1980-х годов, используются тонкие и более легкие зеркала. Они слишком тонкие, чтобы самостоятельно сохранять правильную форму, поэтому к задней стороне зеркала прикреплен массив актуаторов. Актуаторы прикладывают переменные силы к корпусу зеркала, чтобы поддерживать отражающую поверхность в правильной форме при изменении положения. Телескоп также может быть сегментирован на несколько меньших зеркал, что уменьшает прогиб от веса, возникающий у больших монолитных зеркал. Сочетание актуаторов, детектора качества изображения и компьютера для управления актуаторами с целью получения наилучшего изображения называется активной оптикой. Термин "активная оптика" означает, что система поддерживает зеркало (обычно первичное) в оптимальной форме, противодействуя внешним силам, таким как ветер, прогиб, тепловое расширение и деформация оси телескопа. Активная оптика компенсирует искажающие силы, изменяющиеся относительно медленно, примерно в течение нескольких секунд. Таким образом, телескоп постоянно находится в оптимальной форме.

Сравнение с адаптивной оптикой

Активную оптику не следует путать с адаптивной оптикой, которая работает в гораздо более коротком временном масштабе для компенсации атмосферных эффектов, а не деформации зеркал. Факторы, компенсируемые активной оптикой (температура, гравитация), по своей природе более медленные (1 Гц) и имеют большую амплитуду аберраций. Адаптивная оптика, напротив, корректирует атмосферные искажения, влияющие на изображение со скоростью 100–1000 Гц (частота Гринвуда, зависящая от длины волны и погодных условий). Эти коррекции требуют гораздо большей скорости, но при этом имеют меньшую амплитуду. В связи с этим адаптивная оптика использует зеркала коррекции меньшего размера. Ранее это было отдельное зеркало, не интегрированное в световой путь телескопа, но в настоящее время оно может быть вторым, третьим или четвертым зеркалом телескопа.

Другие применения

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 для измерения направления. Система может быть ускорена или сделана более устойчивой к шумам с помощью ПИД-регулятора. Для импульсных лазеров регулятор должен быть синхронизирован с частотой повторения. Непрерывный (неимпульсный) опорный луч может использоваться для обеспечения полосы пропускания стабилизации до 10 кГц (против вибраций, воздушной турбулентности и акустического шума) для лазеров с низкой частотой повторения. Иногда интерферометры Фабри-Перо необходимо регулировать по длине для пропускания заданной длины волны. Поэтому отраженный свет извлекается с помощью ротатора Фарадея и поляризатора. Небольшие изменения падающей длины волны, генерируемые акустооптическим модулятором, или интерференция с частью входящего излучения предоставляют информацию о том, слишком ли велика или мала длина интерферометра Фабри-Перо. Длинные оптические резонаторы очень чувствительны к выравниванию зеркал. Для достижения максимальной мощности можно использовать контур управления. Один из способов – выполнять небольшие повороты одним из концевых зеркал. Если этот поворот близок к оптимальному положению, колебаний мощности не возникает. Любые колебания направления луча могут быть устранены с помощью вышеупомянутого механизма управления лучом. Также исследуется рентгеновская активная оптика с использованием активно деформируемых зеркал скользящего отражения.