RAS PresidiumДоклады Российской академии наук. Физика, технические науки Doklady Physics

  • ISSN (Print) 2686-7400
  • ISSN (Online) 3034-5081

ADAPTIVE OPTICAL SYSTEM FOR ATMOSPHERIC TURBULENCE COMPENSATION WITH RAYLEIGH LASER GUIDE STAR

PII
S3034508125040081-1
DOI
10.7868/S3034508125040081
Publication type
Article
Status
Published
Authors
Volume/ Edition
Volume 523 / Issue number 1
Pages
44-53
Abstract
We demonstrate an increase in the resolving power of a telescope with the aperture of 1 m when observing astronomical objects on flat terrain using a fast-operating adaptive optical system. This system includes a Rayleigh laser guide star formed at the distance of 3–6 km. In the experiments, the image size (FWHM) of natural stars has been reduced by more than an order of magnitude with an increase in the radiation energy fraction in the diffraction angle to 11% at the Fried parameter ~6 cm and the bandwidth of the turbulent distortions ~50 Hz. These results are in qualitative agreement with the calculation results. It has been demonstrated that adaptive phase correction significantly increases the image details of a non-isoplanar moving object, such as the International Space Station, enabling its reliable identification.
Keywords
рэлеевское рассеяние лазерная опорная звезда турбулентная атмосфера датчик волнового фронта адаптивная оптическая система
Date of publication
16.09.2025
Year of publication
2025
Number of purchasers
0
Views
25

References

  1. 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. 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. 3. Линник В.П. О принципиальной возможности уменьшения влияния атмосферы на изображение звезды // Оптика и спектроскопия. 1957. Т. 25. №4. С. 401–402.
  4. 4. Foy R., Labeyrie A. Feasibility of adaptive telescope with laser probe // Astron. Astrophys. 1985. V. 152. № 2. P. L29–L31.
  5. 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. 6. Zollars B.G. Atmospheric-Turbulence Compensation Experiments Using Synthetic Beacons // The Lincoln Laboratory Journal. 1992. V. 5. № 1. P. 67–91.
  7. 7. Fugate R. Laser beacon adaptive optics // Optics & Photonics News. 1993. V. 4. № 6. P. 14–19.
  8. 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. 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. 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. 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. 12. Takami H. Astronomical adaptive optics activities in Japan // Proc. SPIE. 2024. V. 13097. 1309717. https://doi.org/10.1117/12.3028613
  13. 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. 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. 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. 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. 17. Hardy J.W. Adaptive Optics for Astronomical Telescopes. N.Y.: Oxford University Press, 1998. 431 p.
  18. 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. 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. 20. Andrews L.C., Phillips R.L. Laser beam propagation through random media. 2nd ed. Bellingham, WA: SPIE Press, 2005. 808 p.
  21. 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. 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. 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. 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. 25. Богачев В.А., Немцева А.В., Стариков Ф.А. Формирование изображения звезды при влиянии углового анизопланатизма в турбулентной атмосфере // Журнал технической физики. 2024.
QR
Translate

Индексирование

Scopus

Scopus

Scopus

Crossref

Scopus

Higher Attestation Commission

At the Ministry of Education and Science of the Russian Federation

Scopus

Scientific Electronic Library