АДАПТИВНАЯ ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ АТМОСФЕРНОЙ ТУРБУЛЕНТНОСТИ С РЭЛЕЕВСКОЙ ЛАЗЕРНОЙ ОПОРНОЙ ЗВЕЗДОЙ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Продемонстрировано повышение разрешающей способности телескопа с апертурой 1 м при наблюдении астрономических объектов на равнинной местности с использованием быстродействующей адаптивной оптической системы, включающей рэлеевскую лазерную опорную звезду, формируемую на расстоянии 3–6 км. В экспериментах более чем на порядок величины уменьшен размер изображения (FWHM) естественных звезд с увеличением доли мощности излучения в дифракционном угле до 11% при параметре Фрида ~6 см и ширине полосы турбулентных искажений ~50 Гц, что находится в качественном согласии с результатами расчетов. Продемонстрировано, что адаптивная фазовая коррекция существенно повышает детализацию изображения неизопланарного движущегося объекта – международной космической станции, что позволяет уверенно идентифицировать ее.

Об авторах

С. Г. Гаранин

Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики

Email: fastarikov@vniief.ru
Саров, Нижегородская обл., Россия

В. К. Благонравов

Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики

Email: fastarikov@vniief.ru
Саров, Нижегородская обл., Россия

В. А. Богачев

Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики

Email: fastarikov@vniief.ru
Саров, Нижегородская обл., Россия

А. А. Верещагин

Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики

Email: fastarikov@vniief.ru
Саров, Нижегородская обл., Россия

М. В. Волков

Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики; Саровский физико-технический институт – филиал Национального исследовательского ядерного университета “МИФИ”

Email: fastarikov@vniief.ru
Саров, Нижегородская обл., Россия; Саров, Нижегородская обл., Россия

А. А. Глухов

Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики

Email: fastarikov@vniief.ru
Саров, Нижегородская обл., Россия

Д. Е. Гук

Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики

Email: fastarikov@vniief.ru
Саров, Нижегородская обл., Россия

А. Н. Климов

Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики

Email: fastarikov@vniief.ru
Саров, Нижегородская обл., Россия

М. О. Колтыгин

Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики

Email: fastarikov@vniief.ru
Саров, Нижегородская обл., Россия

А. В. Кудряшов

Институт динамики геосфер им. академика М.А. Садовского Российской академии наук

Email: fastarikov@vniief.ru
Москва, Россия

Р. С. Кузин

Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики

Email: fastarikov@vniief.ru
Саров, Нижегородская обл., Россия

С. М. Куликов

Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики

Email: fastarikov@vniief.ru
Саров, Нижегородская обл., Россия

И. В. Минеев

Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики

Email: fastarikov@vniief.ru
Саров, Нижегородская обл., Россия

А. В. Немцева

Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики; Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Физический факультет, Филиал МГУ им. М.В. Ломоносова в г. Сарове

Email: fastarikov@vniief.ru
Саров, Нижегородская обл., Россия; Саров, Нижегородская обл., Россия

А. Н. Никитин

Институт динамики геосфер им. академика М.А. Садовского Российской академии наук

Email: fastarikov@vniief.ru
Москва, Россия

А. Л. Рукосуев

Институт динамики геосфер им. академика М.А. Садовского Российской академии наук

Email: fastarikov@vniief.ru
Москва, Россия

Ф. А. Стариков

Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики; Саровский физико-технический институт – филиал Национального исследовательского ядерного университета “МИФИ”

Автор, ответственный за переписку.
Email: fastarikov@vniief.ru
Саров, Нижегородская обл., Россия; Саров, Нижегородская обл., Россия

Список литературы

  1. Гаранин С.Г., Зыков Л.И., Климов А.Н., Куликов С.М., Смышляев С.П., Степанов В.В., Сюндюков А.Ю. Дневное наблюдение звезд слабой яркости (7m–8m) с равнинной местности // Оптический журнал. 2017. Т. 84. № 12. С. 30–37.
  2. Гаранин С.Г., Жуков И.В., Зыков Л.И., Климов А.Н., Копалкин А.В., Опёнов С.Л., Смышляев С.П., Сюндюков А.Ю. Дневное наблюдение звезд слабой яркости (8m–10m) и космических объектов видеокамерой с суммированием изображений // Оптический журнал. 2020. Т. 87. № 7. С. 49–59. https://doi.org/1017586/1023-5086-2020-87-07-49-59
  3. Линник В.П. О принципиальной возможности уменьшения влияния атмосферы на изображение звезды // Оптика и спектроскопия. 1957. Т. 25. №4. С. 401–402.
  4. Foy R., Labeyrie A. Feasibility of adaptive telescope with laser probe // Astron. Astrophys. 1985. V. 152. № 2. P. L29–L31.
  5. Primmerman C.A., Murphy D.V., Page D.A., Zollars B.G., Barclay H.T. Compensation of atmospheric optical distortion using a synthetic beacon // Letters to Nature. 1991. V. 353. P. 141–143.
  6. Zollars B.G. Atmospheric-Turbulence Compensation Experiments Using Synthetic Beacons // The Lincoln Laboratory Journal. 1992. V. 5. № 1. P. 67–91.
  7. Fugate R. Laser beacon adaptive optics // Optics & Photonics News. 1993. V. 4. № 6. P. 14–19.
  8. Fugate R.Q., Ellerbroek B.L., Higgins C.H., Jelonek M.P., Lange W.J., Slavin A.C., Wild W.J., Winker D.M., Wynia J.M., Spinhirne J.M., Boeke B.R., Ruane R.E., Moroney J.F., Oliker M.D., Swindle D.W., Cleis R.A. Two generations of laser-guide-star adaptive-optics experiments at the Starfire Optical Range // J. Opt. Soc. Am. A. 1994. V. 11. № 1. P. 310–324.
  9. Riccardi A., Puglisi A., Grani P., Briguglio R., Esposito S., Agapito G., Biliotti V., Bonaglia M., Carbonaro L. et al. The ERIS Adaptive Optics System: first on-sky results of the ongoing commissioning at the VLT-UT4 // Proc. SPIE. 2022. V. 12185. 1218508. https://doi.org/10.1117/12.2629425
  10. Davies R., Esposito S., Feuchtgruber H., Glauser A., Glindemann A., Kenworthy M., Sturm E., Taylor W. ERIS first light results // Proc. SPIE. 2022. V. 12185. 1218504. https://doi.org/10.1117/12.2629842
  11. Wizinowich P., Lu J.R., Cetre S., Chin J., Correia C., Delorme J.-R., Gers L., Lilley S., Lyke J. et al. Keck All sky Precision Adaptive optics program overview // Proc. SPIE. 2022. V. 12185. 121850Q. https://doi.org/10.1117/12.2628275
  12. Takami H. Astronomical adaptive optics activities in Japan // Proc. SPIE. 2024. V. 13097. 1309717. https://doi.org/10.1117/12.3028613
  13. Rey N.M., Hellemeier J., Benhizia H., Blundell M., Chandler D., Cranney J., Delgado A.H., McGinness G., Ogane H. et al. The laser guide star system for the Giant Magellan Telescope laser tomography adaptive optics // Proc. SPIE. 2024. V. 13097. 1309724. https://doi.org/10.1117/12.3019822
  14. Johnson R.L., Kann L., Garton M.O., Massey S., Bigler C., Tavenner T., Laurvick T., Lison F., Enderlein M. et al. Recent advances in sodium laser beacon development // Proc. SPIE. 2024. V. 13097. 130972I. https://doi.org/10.1117/12.3018166
  15. Minowa Y., Ono Y., Doi Y., Tanaka Y., Bando T., Yoshida H., Terao K., Okita H., Wung M. et al. Subaru laser guide star system upgrade and on-sky characterization // Proc. SPIE. 2024. V. 13097. 1309735. https://doi.org/10.1117/12.3018789
  16. Boyer С., Wang L., Trubey M., Irarrazaval B., Miles J., Vogiatzis K., Véran J.-P., Atwood J. Progress report on the TMT Adaptive Optics Facility // Proc. SPIE. 2024. V. 13097. 130971Z. https://doi.org/10.1117/12.3019281
  17. Hardy J.W. Adaptive Optics for Astronomical Telescopes. N.Y.: Oxford University Press, 1998. 431 p.
  18. Bogachev V.A., Vereshchagin A.A., Volkov M.V., Garanin S.G., Glukhov M.A., Guk D.E., Koltygin M.O., Kopalkin A.V., Kuzin R.S., Kulikov S.M., Starikov F.A. Observation of astronomical objects by using an adaptive optical system with Rayleigh laser guide star // Proc. SPIE. 2021. V. 11916. 1191617. https://doi.org/10.1117/12.2603308
  19. Гаранин С.Г., Маначинский А.Н., Стариков Ф.А., Хохлов С.В. Фазовая коррекция лазерного излучения с помощью адаптивных оптических систем в РФЯЦ–ВНИИЭФ // Автометрия. 2012. Т. 48. № 2. С. 30–37.
  20. Andrews L.C., Phillips R.L. Laser beam propagation through random media. 2nd ed. Bellingham, WA: SPIE Press, 2005. 808 p.
  21. Рукосуев А.Л., Белоусов В.Н., Никитин А.Н., Шелдакова Ю.В., Кудряшов А.В., Богачев В.А., Волков М.В., Гаранин С.Г., Стариков Ф.А. Быстрая адаптивная оптическая система для коррекции волнового фронта лазерного излучения, искаженного атмосферной турбулентностью // Квантовая электроника. 2020. Т. 50. № 8. С. 707–709.
  22. Белоусов В.Н., Богачев В.А., Волков М.В., Гаранин С.Г., Кудряшов А.В., Никитин А.Н., Рукосуев А.Л., Стариков Ф.А., Шелдакова Ю.В., Шнягин Р.А. Исследования пространственно-временных характеристик искаженного турбулентностью лазерного излучения при его динамической фазовой коррекции в адаптивной оптической системе // Квантовая электроника. 2021. Т. 51. № 11. С. 992–999.
  23. Bogachev V.A., Volkov M.V., Guk D.E., Koltygin M.O., Kudryashov A.V., Kuzin R.S., Rukosuev A.L., Starikov F.A., Shnyagin R.A., Shtylev A.S. Registration and analysis of laser beam wavefront using a Shack-Hartmann sensor under conditions of artificial pavilion turbulence // Proc. SPIE. 2023. V. 12780. 127800V. https://doi.org/10.1117/12.2690304
  24. Волков М.В., Богачев В.А., Стариков Ф.А., Шнягин Р.А. Численные исследования динамической адаптивной фазовой коррекции турбулентных искажений излучения и оценка их временных характеристик с помощью датчика Шэка–Гартмана // Оптика атмосферы и океана. 2021. T. 34. № 7. С. 547–554. https://doi.org/10.15372/AOO20210710
  25. Богачев В.А., Немцева А.В., Стариков Ф.А. Формирование изображения звезды при влиянии углового анизопланатизма в турбулентной атмосфере // Журнал технической физики. 2024. Т. 94. № 6. С. 827–837. https://doi.org/10.61011/JTF.2024.06.58123.59-24

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».