Prototipo de un sistema de óptica adaptativa basado en un espejo deformable de membrana para aplicación astronómica

Resumen

Prototipo de sistema de óptica adaptativa basado en un espejo deformable de membrana para uso astronómico, En la actualidad, son muchos los observatorios astronómicos que empiezan a incorporar sistemas de óptica adaptativa. La posibilidad de mejorar la resolución espacial de las imágenes hace que el potencial de un telescopio crezca de forma significativa. El objetivo de la óptica adaptativa es corregir en tiempo real las aberraciones introducidas por la atmósfera (y que son responsables del llamado seeing atmosférico), llegando, en el caso de corrección ideal, al límite de difracción del telescopio. En cierto sentido podemos decir que con un sistema de este tipo, se puede observar, como si la atmósfera no existiese. Hasta hace muy poco, estos sistemas eran extraordinariamente caros y sólo asequibles para observatorios con un alto presupuesto para el desarrollo de instrumentación. Sin embargo, con la reciente aparición de espejos deformables de bajo coste, como el usado en este trabajo, es posible diseñar y construir un sistema de óptica adaptativa a coste muy reducido, mejorando de este modo las posibilidades de un telescopio. El objetivo del presente proyecto de tesis es la construcción de un sistema prototipo de óptica adaptativa basado en un espejo deformable de membrana para la corrección de aberraciones de alto orden y un espejo llamado de tip-tilt basado en bobinas magnética, para las aberraciones de orden bajo. Estos elementos nunca antes han sido usados conjuntamente para crear un sistema de óptica adaptativa de uso astronómico. El método de reconstrucción utilizado para el frente de onda es el método de Shack-Hartmann, según el cual el frente de onda es muestreado por un array de lentes. De este modo, se pueden registrar gradientes locales del mismo, sin más que comparar centroides con el punto focal de cada microlente. Existen una gran variedad de algoritmos de reconstrucción de frente de onda usando la técnica de Shack-Hartmann. En el presente trabajo se usará el algoritmo conocido como reconstrucción modal del frente de onda, con el que se hace un ajuste de mínimos cuadrados de los gradientes que las aberraciones teóricas producirían en nuestro array con los gradientes medidos experimentalmente. Debido a la presencia de un espejo deformable, el sistema podría usarse como corrector de aberraciones estáticas de un telescopio de forma permanente aun cuando no se quiera usar óptica adaptativa, sin mas que cambiar de forma motorizada algunos elementos ópticos en el diseño. Por ultimo, y debido a que el sistema emplea una cámara de lectura rápida con muy bajo ruido capaz de muestrear velozmente la turbulencia atmosférica, todo el sistema se puede usar para emplear la técnica conocida en Astronomía como técnica speckle. Esta técnica consiste en tomar un montón de imágenes con tiempos de exposición mas cortos que el periodo con el que cambia la turbulencia atmosférica, de modo que se garantice imágenes donde la turbulencia haya sido pequeña pequeña, obteniendo al final un promedio de imágenes con buena resolución espacial. Por tanto, y con solo algunos cambios en su configuración interna, el sistema está diseñado para poder funcionar como tres instrumentos diferentes, lo que es un concepto novedoso también. El instrumento en cuestión está pensado para formar parte del la instrumentación estándar del telescopio de 1.52m del Observatorio de Sierra Nevada, si bien es adaptable a cualquier telescopio de la clase 1-2m.