Óptica adaptativa

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Efeito da turbulência atmosférica na estrela HIC 59206 observada com o Very Large Telescope
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A óptica adaptativa é uma técnica que permite corrigir em tempo real a deformação progressiva e não preditiva de uma frente de onda através de um espelho deformável. Ele usa um princípio semelhante à óptica ativa .

Elementos históricos

Desenvolvido pela primeira vez na década de 1950 , seu principal campo de uso é a astronomia, mas começa a se estender a muitos outros campos (fusão, medicina, telecomunicações). Está começando a ser usado na oftalmologia para produzir imagens muito precisas da retina .

Quando a óptica adaptativa é usada para corrigir distorções lentas introduzidas não pela atmosfera, mas pelo próprio instrumento óptico - efeito do vento, expansão de materiais, gravidade, etc. - falamos antes de óptica ativa .

Hoje, a pesquisa é muito ativa neste campo, principalmente em torno da óptica adaptativa em espelhos líquidos . A tecnologia de espelhos líquidos recentemente teve muito sucesso com o uso de ferrofluido, permitindo que um campo magnético controle a forma do espelho.

Princípio

Esta técnica é usada em particular em astronomia por telescópios terrestres para corrigir observações de estrelas, entre outras coisas. Se temos a impressão de que brilha uma estrela, não é porque emita luz de forma inconstante, mas sim pela turbulência atmosférica que distorce a imagem que dela temos - e mais particularmente uma característica da radiação luminosa chamada onda frente ou fase. De fato, uma estrela, presumida como um ponto no céu visível e localizada a uma distância muito grande da escala da Terra, emite luz com uma frente de onda esférica que, em nossa escala, pode ser considerada plana . No entanto, se considerarmos o caso de um telescópio tendo um espelho primário com um diâmetro de várias dezenas de metros, como o ELT por exemplo, a frente de onda incluída na superfície do espelho primário sofrerá deformações aleatórias e significativas à medida que passa a atmosfera devido às variações no índice óptico causadas pela turbulência atmosférica. Isso se explica pela dependência do índice óptico em função da temperatura e da pressão local da atmosfera cruzada - ver o modelo de Gladstone-Dale . O caminho óptico percorrido por um raio de luz sendo definido como a integral de (n o índice óptico, dl o deslocamento elementar ao longo do caminho), os raios de luz não percorrem o mesmo caminho óptico: a frente de onda que a pessoa então observa é já não é plano e a imagem fica distorcida. Na óptica adaptativa, um analisador de frente de onda é então usado para estimar a perturbação devida à atmosfera, então um espelho é deformado (graças a um sistema de pistões) para compensar exatamente esta perturbação. Assim, a imagem após o reflexo no espelho é quase como se não tivesse havido degradação. $n * dl$

Configuração conveniente

Construção da matriz de controle

Na prática, a implementação de um sistema de óptica adaptativa começa com a construção de uma matriz de controle. Esta matriz representa os atuadores a serem modificados para reproduzir cada uma das aberrações ópticas da base dos polinômios de Zernike .

Análise de perturbação da frente de onda

A partir da análise da perturbação da frente de onda pela atmosfera por meio de um analisador de frente de onda , podemos decompor a falha da frente de onda com base nos polinômios de Zernike para compensar os atrasos usando o espelho deformável . Na prática, apenas um número limitado de ordens de Zernike são corrigidas, tornando possível obter uma falha residual suficientemente baixa.

Estrela guia

Para realizar a análise da frente de onda, é necessário observar uma estrela que servirá de referência e que será brilhante o suficiente para medir e corrigir os defeitos causados pela perturbação atmosférica. Visto que é estatisticamente raro que tal estrela esteja no campo do telescópio, uma possibilidade é o uso de uma estrela artificial. A ideia foi proposta em 1987 por Antoine Labeyrie , cujo princípio consiste em excitar com um laser pulsado a 589,3 nm os átomos de sódio presentes em grandes quantidades na banda atmosférica localizada em torno de 80 km . Essa excitação dos átomos de sódio gera uma emissão espontânea de luz semelhante a um flash virtual de características conhecidas, que constitui uma estrela-guia artificial. A ideia foi aplicada pela primeira vez em 1996 em Calar Alto .

Distorção de espelho

Formulários

Astronomia

A principal limitação da qualidade das observações astronômicas não é mais a dimensão física dos espelhos coletores de fluxo, mas as perturbações atmosféricas . Essa observação levou à criação de observatórios de grande altitude ou mesmo ao envio de telescópios ao espaço (onde nos livramos do problema atmosférico).

Resolver o problema da turbulência atmosférica também pode ser feito por óptica adaptativa usando espelhos deformáveis controlados por computador rapidamente para compensar as distorções da frente de onda .

Oftalmologia

A óptica adaptativa permite uma imagem retinal aprimorada . Na verdade, a óptica adaptativa permite corrigir os defeitos introduzidos pelo olho e permite a observação dos fotorreceptores . Esta técnica é essencial para o diagnóstico de fotorreceptores destruídos em caso de trauma ou maculopatia oculta.

links externos

Notas e referências

Phil Laird e Michaël Dallaire (tradução de Nicolas Caron), “ Liquid Mirrors at Laval University ” , Université Laval ,29 de dezembro de 2003(acessado em 13 de março de 2008 )
[1] , Trabalho prático em óptica adaptativa, Institut d'Optique
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