User:JerkerES/sandbox

Welcome to Jerker Edén Strindberg

User User Talk Contributions References Links Sandbox

Note: Are you viewing this page from elsewhere than the Wikipedia {http://en.wikipedia.org}, you're on a mirror site unrelated to the user.

Översättning

File:Adaptiv optik correct.png

En deformerbar spegel kan användas korrekt wavefront fel i ett astronomiskt teleskop.

Adaptiv optik (AO) är en teknik används för att förbättra resultatet av optiska system genom att minska effekterna av den snabbt föränderliga optisk distorsion. Det används i astronomiskt teleskop och laser kommunikationssystem för att undanröja verkningarna av atmosfäriska störningar och på näthinnan bildsystem för att minska effekterna av okulär aberrations. Adaptiv optik fungerar genom att mäta störningar i en wavefront och kompensera dem med en rumslig phase modulator såsom en deformerbar spegel eller LCD-matrisen. AO var först tänkt som Horace W. Babcock 1953, men inte har kommit i allmänt bruk förrän förskott på dator-teknik under 1990-talet gjorde den teknik som praktiskt. Adaptiv optik bör inte förväxlas med aktiv optik, som arbetar för en längre tidsperiod för att korrigera den primära spegeln geometri själv. Den enklaste formen av adaptiv optik är tip-tilt korrigering, vilket motsvarar korrigering av tilts av wavefront i två dimensioner (motsvarande korrigering av positionen kompensationer för bilden). Detta sker med hjälp av en snabbt flyttar tip-tilt spegel som gör små rotationer kring två av sina axlar. En större del av aberration infördes genom atmosfären kan tas bort på detta sätt. Tips-tilt speglar används i stor utsträckning nattetid och sol teleskop s, att rätta till de misstag som införts av atmosfären på den lätta vägen och förbättra bildkvaliteten över vad som skulle vara möjligt enligt den atmosfärisk se. Tips-tilt speglar är effektivt segmenterad adaptiv optik speglar ha endast ett segment som kan tips och luta, snarare än med en rad olika segment som kan tips och luta självständigt.

Shack-Hartmann sensorn är en typ av wavefront sensor används för adaptiv optik. Den elev plane bländare är indelat med hjälp av en lenslet array i ett antal undergrupper Öppningar. Den lenslets fokusera ljus in i en matris med fläckar på CCD och förskjutningar av dessa fläckar från kända hänvisning synpunkter visar de lokala sluttningarna av wavefront. Dessa lokala backarna i sin tur används för att rekonstruera den övergripande formen av wavefront (i wavefront sensing) eller kan användas direkt för att beräkna de anvisningar för deformerbara spegeln eller fas-modulator.

Adaptiv optik i astronomi

När light från Star eller någon annan astronomiska objekt in i jordens atmosfär, turbulens (införas, exempelvis genom olika temperatur skikt och olika vind hastigheter interagerar ) Snedvrida och flytta bilden på olika sätt . Bilder som produceras av ett teleskop större än några meter är suddig till denna snedvridning. Till exempel, en 8-10 m teleskop (som VLT eller Keck) kan producera AO-korrigerade bilder med en angular resolution av 30-60 Milli -- arcsecond (MAS) resolution i infraröda våglängder, medan resolutionen utan korrigering är i storleksordningen 1 arcsecond.

Negativa bilder av en stjärna genom ett teleskop. Den vänstra panelen visar ultrarapid-film av en stjärna när den adaptiva optiken är avstängd. Den högra panelen visar slow motion-film av samma stjärna när den adaptiva optiken är påslagen. Bilden av stjärnan är mycket mer kompakt, och bryter upp mindre med adaptiv optik påslagen. Men bilden av stjärnan också förändringar formen mycket snabbare när den adaptiva optiken är påslagen.

En adaptiva optiken försöker att rätta till denna snedvridning, med hjälp av en wavefront sensor som tar del av de astronomiska ljus, en deformerbar spegel som ligger i den optiska vägen, och en dator som tar emot bidrag från detektorn. Den wavefront sensor som mäter störningar i atmosfären har införts på tidsplanen för ett par millisekunder, datorn beräknar optimala spegel form att rätta till de snedvridningar och ytan av deformerbara spegeln är förändrat.

För att utföra adaptiv optik korrigering, formen på den inkommande wavefronts skall mätas som en funktion av position i teleskopet bländare plan. Normalt cirkuläret teleskop bländare är uppdelad i en rad av pixel i en wavefront sensor, antingen med hjälp av en matris av små lenslet s (a Shack-Hartmann sensor), eller med en krökning eller pyramid sensor som driver på bilder av teleskop bländare. Medeltalet wavefront perturbation i varje pixel beräknas. Detta pixellated karta över wavefronts är berikat den deformerbara spegeln och används för att korrigera wavefront fel införs genom atmosfären. Det är inte nödvändigt för formen eller storleken på den astronomiska objekt att bli känd - även Solsystemet objekt som inte är punkt-liknande kan användas i en Shack-Hartmann wavefront sensor, och tidsvariabla struktur på ytan av solen är vanliga vid adaptiv optik i solteleskop. Den deformerbara spegeln rättar inkommande ljuset så att bilderna visas skarp. På grund av ett vetenskapligt mål är ofta alltför svag för att användas som referens stjärna för att mäta formen på den optiska wavefronts, en närbelägen ljusare guide star kan användas i stället. Ljuset från vetenskap målet har gått igenom ungefär samma atmosfärisk turbulens som referens stjärnans ljus och så dess image är också korrigeras, men generellt till en lägre noggrannhet.

Nödvändigheten av en hänvisning stjärna betyder att en adaptiv optik system kan inte fungera överallt på himlen, men bara där en guide star i tillräcklig ljushet (för nuvarande system, om storleksordning 12-15) finns mycket nära till föremål för observation. Detta kraftig begränsning av tillämpningen av tekniken för astronomiska observationer. En annan stor begränsning är den lilla synfält över vilka adaptiv optik korrigering är bra. Eftersom avståndet från guide star ökar, bildkvalitet försämrar. En teknik som kallas "multiconjugate adaptiv optik" använder flera deformerbara speglar att uppnå större synfält.

Ett alternativ är att använda sig av en laserstråle för att skapa en ljuskälla (en Laser guide star, LGS) i atmosfären. LGSs finns i två varianter: Rayleigh guide stjärnor och natrium guide stjärnor. Rayleigh guide stjärnor arbete av föröknings en laser, oftast i nära ultravioletta våglängder, och upptäcka den bakåtspridning från luften på höjder mellan 15-25 km. Natrium-guide stjärnor använda laser light på 589 nm för att uppvigla natrium-atomer i mesosfären och Thermosphere, som sedan visas till "glöd". Den LGS kan sedan användas som en wavefront hänvisning på samma sätt som en naturlig guide stjärna - förutom att (betydligt svagare) naturliga hänvisning stjärnor fortfarande krävs för bild ståndpunkt (spets / tilt). De lasrar är ofta pulsade, med mätning av atmosfären att vara begränsade till ett fönster som inträffar några mikrosekunder efter pulsen har inletts. Detta gör systemet att ignorera mest spritt ljus på marknivå, bara ljus som körts under flera mikrosekunder högt upp i atmosfären och tillbaka är faktiskt upptäcks.

Andra metoder som kan ge upplösning som överstiger gränsvärdena till atmosfären ser inkluderar speckle imaging, bländare syntes, tur imaging och rymdteleskopen som NASA s Hubble.

Adaptiv optik på retinal imaging

Okulär aberrations är snedvridningar i wavefront går genom elev i ögat. Dessa avarter minska kvaliteten på den bild som bildas på näthinnan, ibland till att bära glasögon eller kontaktlinser. Vid retinal imaging, ljus som passerar ut ur ögat bedriver liknande wavefront snedvridningar, vilket leder till en oförmåga att lösa de mikroskopiska struktur (celler och kapillärer) av näthinnan. Glasögon och kontaktlinser korrigera "low-order aberrations", defocus och astigmatism, som tenderar att vara stabil hos människor under långa perioder (månader eller år). Även korrigering av dessa är tillräcklig för normal visuell funktion, är i allmänhet otillräckliga för att uppnå mikroskopiska resolution. Dessutom har "high-order aberrations" såsom koma, sfärisk aberration, och Trefoil, måste korrigeras för att uppnå mikroskopiska resolution. High-order aberrations, till skillnad från låg-order, inte är stabil över tid, och kan förändras med frekvenser mellan 10 Hz och 100 Hz. Korrigering av dessa avarter kräver kontinuerlig, hög frekvens mätning och ersättning.

Mätning av okulär aberrations

Okulär aberrations är i allmänhet mätas med ett wavefront sensor, den vanligaste typen av wavefront sensor är Shack-Hartmann. Okulär aberrations orsakas av rumsliga fas nonuniformities i wavefront spännande ögat. I en Shack-Hartmann wavefront sensor, dessa mäts genom att placera en tvådimensionell array av små linser (lenslets) i en elev plane-konjugat för ögat elev och en CCD-chip på baksidan focal plane av lenslets. Den lenslets orsaka fläckar som skall fokuseras på CCD-chip, och de ställningstaganden av dessa platser är beräknat med en centroiding algoritm. Positionerna för dessa punkter är jämfört med de ståndpunkter som referens fläckar, och förskjutningar mellan de båda används för att bedöma de lokala krökning av wavefront - en uppskattning av fas nonuniformities orsakar avvikelse.

Korrigering av okulär aberrations

När de lokala fas fel i wavefront är kända, de kan rättas till genom att placera en fas modulator såsom en deformerbar spegel på ännu ett flyg i systemet konjugat för ögat elev. Den fas fel som kan användas för att rekonstruera wavefront, som sedan kan användas för att styra den deformerbara spegeln. Alternativt kan de lokala fas fel direkt kan användas för att beräkna den deformerbara spegeln instruktioner.

Open loop vs sluten krets operation

Om wavefront fel mäts en gång och rättas gång, följd av förvärvet av retinal bilder, drift sägs vara i "open loop". Om den övriga wavefront fel (dvs. wavefront fel som återstår efter korrigering) är kontinuerligt mätas och användas för att omforma spegeln, drift sägs vara "sluten krets". Det senare är nödvändigt när det gäller snabbt föränderliga avarter, och som sådan används vanligen i näthinnan satellitbilder.

Applications

Adaptiv optik var först på översvämningsdrabbade belysning retinal imaging att framställa bilder av inre kottar i den levande mänskliga ögat. Det har också användas i kombination med scanning laser ophthalmoscopy att producera (också i den levande människokroppen ögon) de första bilderna av retinal Microvasculature och tillhörande blodflödet och retinal pigment epithelium celler förutom enstaka kottar. Tillsammans med optiska samstämmighet tomografi, adaptiv optik har tillåtit de första tredimensionella bilder av levande cone photoreceptors som skall samlas in.

Andra användningsområden för adaptiv optik

<! - Bild med okänd upphovsrätt status bort: [[Bild: 50Wfasor.jpg | thumb | rätt | 300pix | Starfire Optical Range Sodium fasor som byggts av Air Force Research Laboratory (AFRL) riktad energi Directorate .]] ->

Förutom dess uppenbara använda för att förbättra nighttime astronomiska imaging och retinal imaging, adaptiv optik teknik har också använts i andra inställningar. Adaptiv optik används för sol astronomi vid observatorier såsom svenska solteleskopet. Det är också förväntas spela en militär roll genom att låta mark-och luftburna laser vapen för att nå och förstöra mål på distans inklusive satellit i bana. Boeing Airborne Laser programmet är det främsta exemplet på detta.

Adaptiv optik har använts för att förbättra prestandan av optisk [1]. Medicinsk inkluderar avbildning av näthinna, där det har kombinerats med optiska samstämmighet tomografi [2]. Utveckling av en adaptiv optik Scanning Microscope (ASOM) tillkännagavs av Thorlabs i april 2007. Adaptiva aktiv optik är också att utvecklas för användning i glasögon för att uppnå bättre än 20/20 vision, ursprungligen för militära tillämpningar [3] .

Efter spridningen av ett wavefront delar av den kan överlappa leder till störningar och förhindrar adaptiv optik från att korrigera det. Förökning av en krökt wavefront alltid leder till amplitude variation. Detta måste beaktas om en bra halvljus profil skall kunna uppnås i laserapplikationer.

Beam stabilisering

Ett ganska enkelt exempel är den stabilisering av läget och inriktningen av laserstrålen mellan moduler i en stor optisk system. Fourier optik används för att kontrollera både riktning och position. Själva strålen mäts av photo diode s. Denna signal matas in några Analog-till-digital-omvandlare och mikrokontroller driver PID controller algoritm. Den registeransvarige driver omkring digital-till-analog omvandlare som driver stepper motor bifogas spegeln montera s.

Om bommen är att vara centrerade på 4-kvadrant dioder, ingen Analog-till-digital-omvandlare behövs. Operationsförstärkare är tillräckliga.