close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og at Mediehuset Ingeniøren og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, tilbud mm via telefon, SMS og email. I nyhedsbreve og mails fra Mediehuset Ingeniøren kan findes markedsføring fra samarbejdspartnere.
phloggen

Køkkenbordsoptik

Vores inputdata i ESO/ELT projektet kommer fra en Shack-Hartmann "Wavefront-Sensor" og hvad er så det ?

I bund og grund er det en masse små linser som er placeret helt forkert i forhold til det optimale fokus af et optisk system.

Den oprindelige "Hartmann test" gik ud på at man placerede en plade med huller foran et hulspejl og en fotografisk film ude af fokus. Derved får man et billede for hvert hul i pladen og dermed for forskellige dele af spejlets overflade, hvorefter man kunne udlede hvor spejlet var for højt/lavt/skævt osv. Det var sådan noget folk der byggede teleskoper gik rundt og gjorde i fred og ro mens de polerede spejle.

Da Soviet for alvor begyndte at opsende spionsatelitter ville USAF gerne tage billeder af dem men billedkvaliteten var selvsagt elendig. En astronom ved navn Aden Miniel, hvis speciale var store teleskoper, foreslog at man skulle måle atmosfærens forvrængning og korrigere billederne i realtid.

Pladen med hullerne blev flyttet om bag en "beam-splitter" så man kunne tage billeder og måle "Wavefront" på samme tid, men som så ofte i optik manglede der lys.

Roland Shack foreslog at bruge linser i stedet for huller og ringede ned til Ben Platt i materialeafdelingen og bad ham lave en lille plade fyldt med ø1mm linser med en brændvidde på "4-5 tommer".

Det viste sig at være noget vanskeligere end man lige skulle tro, men efter en del tilløb opfandt han en konstruktion der kunne lave formplader der kunne bruges til at varmpresse plexiglas i den ønskede form.

Selve presseprocessen tog mange timer og derfor endte den del af opgaven hjemme på familien Platt's køkkenbord og selvom Platt skiftede job undervejs blev alle "Wavefront Sensors" i mange år produceret samme sted.

Idag kan man købe wavefront sensorer kommercielt, her er et eksempel fra Thorlabs:

Illustration: Thorlabs.de

Nede hos optikeren kan man kigge ind i en maskine som på nogle få sekunder spytter en seddel ud hvorpå der står hvilke linser der skal i ens briller.

Den bruger netop en Shack Hartmann WFS til opgaven:

Illustration: Wikipedia bruger Vitorpamplona

Forudsætningen for at kunne bruge en Shack Hartmann WFS er at man har en lysplet at kigge på og her burde astronomi være tæt på ideelt placeret, der er milliarder af lyspletter at kigge på.

Men det er ikke altid der er nogen gode klare stjerner lige der hvor man har brug for det og derfor har man fundet på et andet trick.

Hvis man skyder en laser med en bølgelængde på 589.2 nanometer op i luften, anslår den natriumatomer helt oppe i toppen af atmosfæren, 80-90km oppe og danner derved en kunstig stjerne og derfor ligner astronomiske teleskoper i stigende grad noget fra StarWars:

Illustration: ESO/G. Hüdepohl

Det er ikke ideelt, højden er ikke stor nok og laget ikke tyndt nok til at det bliver rigtige punktformige lyskilder, men lidt aflange lyskilder er meget bedre end slet ingen lyskilder og det er ikke et problem som matematik og penge ikke kan gøre noget ved.

Der er ikke så mange natriumatomer deroppe til at begynde med, så man ender med lasere med optisk output på over 20 Watt.

Det er selvsagt ikke er noget man bare køber i det lokale byggemarked og derfor har ESO allerede bestilt dem de skal bruge til ELT teleskopet om 5-6 års tid.

Her er et billede af den Raman fiberlaser man bruger på VLT teleskopet:

Illustration: ESO

Bare for at komplicere alt muligt sidder disse lasere lige ved siden af hovedspejlet og derfor må de, som alt andet nær hovedspejlet, helst ikke frigive varme - det ville forstyrre luften over spejlet.

Teleskoper med den lasere i den effektklasse bliver regelmæssigt ringet op "af nogen" og får besked på at slukke deres lasere fra klokken dit til dat "så de ikke ødelægger noget på etagen ovenover."

phk

Poul-HenningKamp
er selvstændig open source-softwareudvikler. Han skriver blandt andet om politik, hysteri, spin, monopoler, frihedskampe gør-det-selv-teknologi og humor.

Hvor er det på alle måder bare helt vildt - historien om sensorens udvikling, de krav der er til specifikationer af systemet - det hele.
Jeg er normalt ikke meget for at læse artikler, men PHK gør et aldeles glimrende salgsarbejde.

Her ses alle grunde til at det er fedt at være ingeniør (undskyld min barnlige begejstring)

  • 4
  • 0

Enig i de forrige kommentarer om fascinationen. Den når i øvrigt helt til grænsen for det mystiske, for det er for mig en gåde hvordan man kan korrigere et ufokuseret og sløret signal tilbage til et skarpt og retvisende billede.

Hvis man betragter motivet som en samling data af positioner, farver og lysstyrker f.eks og og forestiller sig først at den optiske måling er ude af fokus. Så vil naboliggende positioners værdier for farve og lysstyrke blandes med hinanden og hvordan får man det skilt tilbage til det oprindelige og hvordan kan man være sikker på at det er korrekt?

Når man så yderligere tilfører slør (f.eks fluktuationer i brydningsindex, dis, partikler m.v.) som både dæmper, spreder og forvrænger på en næsten tilfældig måde, inden man får sine måledata, så må jeg erkende at beskrivelsen af at kigge på signalet igennem noget der ligner bobleplast (karikeret) får mig til at måbe. Det er ikke fordi jeg tvivler eller er skeptisk, men blot dybt forundret. Og blandt andet derfor bliver det her spændende at følge.

  • 2
  • 0

det er for mig en gåde hvordan man kan korrigere et ufokuseret og sløret signal tilbage til et skarpt og retvisende billede.

Det er præcis det som var Miniels indsigt: Billederne ligner måske at de er ude af fokus og slørede, men det er kun symptomet, ikke lidelsen.

Forstyrrelserne man korrigerer for med AO er det samme varmeflimmer som vi kender over asfalt og tagsten på en solrig dag.

Populært sagt går opgaven ud på at få stjernerne til ikke at tindre.

Fysisk er der tale om at luftens temperatur og dermed densitet (og i mindre grad indhold af vanddamp) varierer hurtigt over tid og rum i forhold til lukketiden på kameraet.

Med små teleskoper og masser af lys kan man slippe af sted med at tage billeder hurtigt og i efterbehandlingen stakke dem over hinanden således forskudt at man får det bedste billede, lidt lige som med billedstabilisering af en videosekvens.

Med store teleskoper skal forskellige dele af billedet korrigeres i forskellige retninger og for astronomi måles "hurtige lukketider" i minutter, hvilket er alt for langsomt i forhold til varmeflimmer.

Som en sideeffekt af AO får man også korrigeret eventuelle systematiske fejl i resten af teleskopets optik, hvilket formodentlig bliver en vigtig del af opgaven på ELT fordi der er nogen måde at holde hovedspejlet i perfekt form når det drejes og vinden presser på det.

  • 8
  • 0

Tak for en fin gennemgang af Wavefront-sensoren og beskrivelsen af den kunstige stjerne.

Men når jeg så billedet under teksten

Her er et billede af den Raman fiberlaser man bruger på VLT teleskopet:

studsede jeg, for en Raman fiberlaser består normalt af ”en stor rulle dopede lysfibre”. Jeg gravede derfor i sagen:

ELT-laseren indeholder en Raman fiberforstærker, som fødes af 20 mW laserdiode og pumpes med en100 W alm. fiberlaser. Resultatet er en udgangsstråle på 40 W og med en bølgelængde på 1178 nm, som føder den enhed, der er vist på billedet.

Enheden på billedet kan bedst betegnes som en slags mixer, idet frekvensen halveres til 589 nm i et ulineært LBO-krystal (Lithium-tri-Borate-Oxyde) under pladen med teksten ”Pro” midt i billedet.

Indgangen er øverst i højre side på billedet. Udgangen er midt på venstre side.

LBO-krystallet blev opdaget og patenteret af kineserne!

Mht. varmeproblemet, så er alle enheder inkl. el-skabe udvendigt isolerede og indvendigt vandkølede. Den tilhørende varmeveksler står formentlig langt væk.

  • 2
  • 0

Jep, men den løsning skalerer ikke rigtig til ELT hvor der skal et skab til hver gruppe spejlsegmenter, ialt ca. 100-150 skabe.

Det kan jeg ikke vurdere, men jeg har deltaget i installation af op til 6 kW vandkølede lasere, hvor køleenheden med behov for ca. 50 kW køling var anbragt over 30 meter fra laseren.

Afstanden var kun et spørgsmål om vandpumpe kapacitet. 100 meter ville ikke have været det store problem.

Det er mere VVS arbejde end ESO bryder sig om at have under hovedspejlet.

Det ser jeg ikke som det store problem. Køleslanger er pålidelige (hvis de er korrekt dimensionerede), og fornuftigt anlagte.

Medgivet, jeg har dog været udsat for Coherents berygtede EFA-51 laser, hvor køleslangen til shutteren for tid til anden krydsede laser-strålen med katastrofale følger, og hvor flydekontakten, der skulle slukke ned ved køleslangebrud, var placeret over elektronikken.

Jeg nægter at tro, at E-ELT teknikerne har samme svagheder.

Hvis du har konkrete info om kølingen af hele elektronikken til E-ELT, er jeg lutter øren. Det kunne være lærerigt med en artikel om det emne.

  • 0
  • 0

Det kan jeg ikke vurdere, men jeg har deltaget i installation af op til 6 kW vandkølede lasere, hvor køleenheden med behov for ca. 50 kW køling var anbragt over 30 meter fra laseren.

Det er noget andet med laserne, dem er der kun en håndfuld af.

Det ser jeg ikke som det store problem. Køleslanger er pålidelige (hvis de er korrekt dimensionerede), og fornuftigt anlagte.

Og ikke skal have snaplåse så du kan demontere spejlgrupper osv...

Hvis du har konkrete info om kølingen af hele elektronikken til E-ELT,

Den må jeg melde pas på. Som jeg forstår det skal alt hvad der kan flyttes ned af bjerget for enden af et bundt fiberoptik, men for spejlaktuatorer, lasere, motorer osv. er termisk design ret langt fremme på listen.

  • 3
  • 0

Fly kan jo blot flyve udenom pletten, eller piloterne kan lade være med at se ned.

De lasere, der generer piloter kommer ind på skrå, mens denne laser vist kommer lige nedefra, så jeg tror ikke det er det.

Det er nok nærmere satellitter, der ser nedad.

  • 0
  • 0