Polo García, Juan Diego

UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPC

~ OPTICA ADAPTATIVA uando miramos po r un te lescopio e l c ie lo noc-turno , ya sea po r e l me-jor de los observa to-rios o por un refrac tor de 10000 ptas, no ve-mos exac tamente lo que nos ofre-ce e l espacio, no aprec iamos las ca rac te rísti cas exactas de cada un o de los as tros a es tudi o , s in o un a image n deform ada po r las turbul e ncias de la atm ósfera te-rre stre. Los cambi os de te mpera tu -ra, la hum edad , e l flujo de va por de ag ua, la co nta min ac ió n, las re flexiones y refracc io nes prod u-c id as por las di stintas capas at-mos fé ri cas a dife re ntes lo ng itu-des de o nd a, és tos y mucho s más son los facto res que han traído de cabeza a los as tró no mos desde hace mu cho ti e mpo, factores qu e has ta no hace muc ho no podían so l ve nta rse de o tra forma más que la nza ndo un tel esco pi o a l es pac io ex te ri or , so lu ció n ex tremada me n-te cara, tanto e n su proyec to como en s u mantenimiento . Hace unos 50 a ños qu e se co me nzó a ca libra r la pos ibil idad de proporc io nar a lg ún s iste ma a los te lesco pi os ter res tres que sea capaz de an ul ar la res pue s ta frecuencial no deseada de la at-mós fera. Algún mé todo que se DIEGO POLO es eSludial1le de quinlO en/a E. T.S.E. T.B. y proyeclisrade/ Deparrame/JIo de Física Aplicada de la UPC • R AMAS DE E STUDIANTES DEL I EEE Diego Polo ada pte a la circ un sta nc ias y co-rrij a la di sto rsió n produc id a . .. y fue así como co men zó a desarro-ll a rse la ó pti ca ad apt ati va. No cabe duda qu e la ópt ica es un a cie nc ia co n mu chos años de ex perie ncia, ha se rvido para correg ir pro bl e-mas de v is ió n de l ojo hum ano, a m-pliar imágenes a grandes y peq ue-o esfé rico producido por un o bj e to rad iante, de form a que di stors ion a la forma linea l de la señal que ll ega a la T ie rr a. A l ll ega r a l es pejo cada uno de los rayos ll ega co n un a fa se diferente , de fo rm a Frente de onda. esrenco o Fnnte de o..da distonionado ña s di s t a nc ias, ge nerar juegos de le ntes ca paces de c rear mil un a po-s ibilid ades en e l mundo del es pec-t ác ul o, pe ro e l Imagen perfecta pro bl e ma es taba en que los fe nó-menos atmosféri-cos cambi an muy rápidame nte , y qu e es tos ca mbios te nía n que se r detec tado y corre-g idos a un a ve loc id ad mu y a lta. Te nía que ge ne rarse un a ó pti ca qu e se adap te a un pro bl e ma mut a nte , a un os ca mbi os a lea to ri os , te nía qu e in ve tigarse cuá l e ra exac tamente e l efecto pro-ducido por la atmósfera ye ncon-trar un s i s t ema d e ó ptica adapt a tiv a capaz de so lu ciona r-lo . Pasa ron los años y los pro-gresos fuero n a más , se supo que la a tm ósfera desfasa los dife re n-tes puntos de l fre nte de o nd as Figura 1 qu e produ ce un a imagen múltiple q ue, a ojo hum a no , se carac te ri za por un a pequeña ma ncha bo rrosa c uando debería haber un a fue nte punt ua l. E l esqu e ma de la figura I mues tra c larame nte e l efecto ex-plicado y e l problema a trata r. Si se co nseg uía qu e cada parte del es pejo to mara una in c li-nación determinada q ue co mpe n-sara e l efecto de desfase, la im a-ge n se ría pe rfecta. Pero para e ll o se tenía qu e dividir la le nte e n peque ños pane les, y cada un o de 2] Figura 2.-La óptica adaptativa puede compensar la distorsión de la luz emitida por las estre-llas. Primero concentra la luz en un telescopio en un haz estre-cho. Este haz de rayos llega a un espejo deformable y un segun-do espejo se encarga de corregir el desfase producido por la at-mósfera. El haz de rayos llega a un sensor de onda que puede medir el grado de desfase de cada componente, esta informa-ción dirige el movimiento del espejo deformable. Finalmente, la imagen se guarda en una cámara para poder ser visualizada. ellos tenía que moverse bajo las ordenes de un sistema de control de alta velocidad y precisión que fuese capaz de reaccionar a tiem-po bajo los cambios atmosféricos. El tamaño de los paneles, la velocidad del sistema de control, el proceso de adaptación basado en una realimentación de datos que autoconfigurara el próximo movimiento, la cantidad mínima de luz que debe llegar del espacio para que todo funcione con la normalidad ... son muchos los as-pectos a tratar cuando se trabaja en un diseño tan complejo como éste. En la figura 2 se muestra un sistema completo de óptica adaptativa basado en espejos deformables capaces de corregir el desfase no deseado. Los telescopios tienen defi-nido un parámetro ro como aquel diámetro máximo del espejo an-tes de que la turbulencia aumente el desfase de la onda progresiva en un radián. Este parámetro pue-de llegar a los 20 cm en luz visi-ble, y será el que imponga el ta-22 maño de cada uno de los paneles con los que trabajaremos indivi-dualmente. El valor de ro depende de la raíz cuadrada de la longitud de onda, en este caso suponemos luz visible, dado que es ahí donde estriba la mayor \ .. SisteJa¡ de ápw "Wptatin paneles y, proporcionalmente, el número de actuadores sobre cada panel, disminuye considerable-mente si lo comparamos con un sistema en luz visible. En el espectro visible nece-sitamos una estrella de magnitud 10 para poder en-parte del problema de distorsión de imagen. En infrarrojos el pro-blema es más sen-cillo de resolver, dado que ro aumen-ta con y el brillo requerido por una estrella guía decre-ce rápidamente con . Se entiende por estrella guía al ob-jeto luminoso que enfocaremos con el ... tenía que investigarse cuál era exactamente el efecto producido por la atmósfera y focar, y aunque hay muchas es-trellas de esta magnitud en el cielo, no deja de ser una limita-ción en el estu-dio de determi-nados objetos. Es así como se ba-rajó la posibili-dad de crear es-trellas guía des-de la tierra gra-encontrar un sistema de óptica adaptativa capaz de solucionarlo. espejo para tener una referencia de luminosidad, nuestro objeto de estudio debe estar a muy poca distancia de esta estrella para que podamos analizarlo. En infrarro-jo, ro llega a valores de medio metro, con lo que el número de cias a efectos producidos por un rayo láser en las partículas de la atmósfera. La discusión llegó a un buen término, y se comprobó que, uti-lizando un haz de rayos láser, se podía iluminar la parte del cielo que nos interesara y utilizarlo BURAN N°8 DICIEMBRE 1996 como referencia en nuestro tele-scopio. De esta forma, pasando por los intentos de usar un cristal de óxido de silicio y bismuto capaz de ajustar la fase de la luz que pasa a través de él mediante un voltaje aplicado, propuesta falli-da debido a la insuficiente canti-dad de luz emitida por el cristal, o utilizar un espejo flexible he-cho de una plancha aluminizada que reflectara la luz, pero que no se llevo a cabo debido a la inesta-bilidad del sistema, se optó por montar un cristal muy fino sobre una pieza de material piezoeléc-trico ajustado con electro-dos. Este último método era capaz de proveer al sistema una tolerancia de 1/50 de micra, tolerancia ne-cesaria para el proyecto llevado a cabo. También el problema de me-dir la distorsión del frente de ondas fue solucionado con el di-seño de una técnica que dismi-nuía el tiempo de respuesta dis-ponible en los sistemas de esa época (sobre 1970 se disponía de circuitos cuya respuesta circula-ba sobre la centésima de segun-do). El avance en los interferómetros permitió dispo-ner de 10.000 medidas de frentes de onda por segundo. Por último se trataba de en-contrar un método rápido para sintetizar las medi-das individuales de los frentes de onda algunos de los grandes observa- tada a la simulación o la investi-torios. Es el caso del observatorio gación en busca de mejoras del Keck, en Hawai, en cuyo diseño ha participado el profesor Josep Maria Fuertes i Armengol, de la facultad de informá-sistema. Actualmente, Enrique García Berro, profesor de astro-nomía del departa-tica de la UPC, en-cargado del sistema de control. El avance en los mento de física apli-cada en la UPC, di-rige mi proyecto, trabajando sobre in-formación acumula-da y en espera de obtener más datos sobre la construc-ción de sistemas ya realizados. Actualmente se tiene en proyecto la construcción de un gran radiotelescopio en las Islas Canarias capaz de utilizar los avances más moder-nos en óptica adaptativa, así como sistemas computerizados ca-inte~erór,netros perr,nitió disponer de 10.000 r,nedidas de frentes de onda por segundo. Para aquellos que quieran más in-formación sobre óp-tica adaptativa, pue-den dirigirse a las paces de dotar gran velocidad de proceso y precisión a los paneles. La información sobre éstos sistemas es realmente amplia, dado que se trata de un tema con medio siglo de continua atención. Si a ésto añadimos el obvio inte-rés militar del tema, resulta un campo de rápida evolución, dado que se ha dispuesto de presupues-to para la investigación. El recopilar esta informa-ción y ordenarla cronológicamente, así como pro-fundizar en los aspectos más físi-cos y matemáti-cos, requiere referencias que añado al final del artículo así como a la dirección de internet: http:// www2.keck.hawaii.edu :36361 , donde hay una serie de páginas, aún en preparación, con informa-ción acerca del observatorio Keck ya mencionado. Bibliografía LAIRDS A. THOMPSON. Adaptiva Optics in Astronomy. Physics Today. December 1994. de cada zona en un único mapa donde se pudiera estudiar un onda continua sobre la apertura óptica total. La tecnología analógica se impu-so sobre la digital, y se implantaron unos actuadores bajo cada espejo deformable, generando una red de corrientes pro-porcional a -la onda. Si se conseguía que cada parte del espejo tor,nara una inclinación deterr,ninada que cor,npensara el efecto de desfase, la tiempo y pacien-cia. Y es esa la primera parte del proyecto que es-toy realizando. Circulando entre las páginas de internet, así como estudiando los artículos pu-blicados desde 1950 hasta ahora relacionados con JOHN W. HARDLY. Adaptive Optics.Scientific American. June 1994. Para más información se pueden consultar los siguientes e-mails: sacton@keck.hawaii.edu johng@keck.hawaii.edu ir,nagen sería pe~ecta medida. Todo este estudio fue avan-zando a gran velocidad en los últimos 25 años, y se instaló en RAMAS DE ESTUDIANTES DEL IEEE el tema, es mi principal ocupa-ClOn, tarea que será suplantada por otra de matiz más matemáti-co. Ya sea la programación orien-tgregory@keck.hawaii.edu jmaute@keck.hawaii.edu pstomski@keck.hawaii.edu peterw@keck.hawaii.edu 23 

Óptica adaptativa

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPC