~ OPTICA ADAPTATIVA Diego Polo uando miramo s po r un te lescopio e l c ie lo nocturno , ya sea po r e l mejor de los o bse rva torios o por un refra c tor de 10000 pta s, no vemos exac ta me nt e lo que nos ofrece e l espacio, no aprec ia mos las ca rac te rísti cas exactas de cada un o de los as tros a es tudi o , s in o un a im age n deform a d a po r las turbul e ncias de la atm ósfe ra terre stre. Lo s ca mbi os de te mpe ra tu ra, la hum edad , e l flujo de va po r de ag ua, la co nta min ac ió n, las re flexione s y refracc io nes prod uc id as por las di stint as ca pas atmos fé ri cas a dife re ntes lo ng itudes de o nd a, és tos y mucho s más so n los facto res qu e ha n traído de cabeza a los as tró no mo s des de hace mu c ho ti e mp o, factores qu e has ta no hace mu c ho no po dían so l ve nta rse de o tra forma más qu e la nza nd o un tel esco pi o a l es pac io ex te ri o r, so lu c ió n ex tre m ada me nte cara, ta nt o e n s u proyec to como e n s u mantenimiento . Hace un os 50 a ños qu e se co me nzó a ca libra r la po s ibil idad de proporc io na r a lg ún s iste ma a los te lesco pi os ter res tre s que sea capaz de an ul ar la res pue s t a frecuencial no de sea d a de la atmós fera. Algún mé todo que se DIEGO POLO es eSludial1le de quinlO en/a E. T.S.E.T.B. y proyeclisrade/ Deparrame/JIo de Física Aplicada de la UPC • R AMAS DE E STUDIANTES DEL I EEE ada pte a la circ un sta nc ias y corrij a la di sto rsió n produ c id a ... y fue así como co men zó a de sarroll a rse la ó pti ca ad a pt ati va. es fé rico producido po r un o bj e to rad iante, de form a que di stors ion a la fo rma lin ea l de la se ñal qu e ll ega a la T ie rr a. A l ll ega r a l es pejo ca da un o de los rayos ll ega co n un a fa se diferente , de fo rm a No cabe duda qu e la ópt ica es un a cie n c i a co n mu c hos a ño s de ex p erie ncia, ha se rvido par a Frente de onda. correg ir pro bl eesrenco ma s de v is ió n de l ojo hum a no, a mpliar im áge nes a g rand es y peq ueFnnte de o..da ña s di s t a n c i as, distonionado ge ne rar ju egos de le nt es ca paces de c rear mil un a poImagen perfecta s ibilid ade s e n e l mundo del es pect ác ul o, p e r o e l pro bl e m a es ta ba e n qu e los fe nómen os atmosfériFigura 1 cos ca mbi a n muy qu e produ ce un a ima ge n múltiple rá pidam e nt e , y qu e es tos ca mbio s q ue, a ojo hum a no , se carac te ri za te nía n qu e se r detec tado y correpor un a pe qu eña ma nc ha bo rrosa g ido s a un a ve loc id ad mu y a lt a. c ua nd o de be ría ha ber un a fue nte T e nía que ge ne rarse un a ó pti ca punt ua l. qu e se adap te a un pr o bl e m a mut a nte , a un os ca mbi os E l es qu e ma de la figura I a lea to ri os , te nía qu e in ve tigarse mue s tra c larame nte e l efecto exc uá l e ra exac tame nte e l efecto proplic ado y e l problema a trata r. ducido por la atmósfera ye ncontrar un s i s t ema d e ó ptica Si se co nseg uía qu e cada adapt a tiv a capaz de so lu ciona rparte del es pejo to ma ra un a in c lilo . nación determinada q ue co mp e nsara e l efecto de desfa se, la im aPasa ron los años y los proge n se ría pe rfecta. Pero para e ll o gresos fuero n a más , se s upo que se tenía qu e dividir la le nte e n la a tm ósfe ra desfasa los dife re npequ e ños pa ne les, y cada un o de tes puntos de l fre nt e de o nd as o o 2] Figura 2.-La óptica adaptativa puede compensar la distorsión de la luz emitida por las estrellas. Primero concentra la luz en un telescopio en un haz estrecho. Este haz de rayos llega a un espejo deformable y un segundo espejo se encarga de corregir el desfase producido por la atmósfera. El haz de rayos llega a un sensor de onda que puede medir el grado de desfase de cada componente, esta información dirige el movimiento del espejo deformable. Finalmente, la imagen se guarda en una cámara para poder ser visualizada. ellos tenía que moverse bajo las ordenes de un sistema de control de alta velocidad y precisión que fuese capaz de reaccionar a tiempo bajo los cambios atmosféricos. El tamaño de los paneles, la velocidad del sistema de control, el proceso de adaptación basado en una realimentación de datos que autoconfigurara el próximo movimiento, la cantidad mínima de luz que debe llegar del espacio para que todo funcione con la normalidad ... son muchos los aspectos a tratar cuando se trabaja en un diseño tan complejo como éste. En la figura 2 se muestra un sistema completo de óptica adaptativa basado en espejos deformables capaces de corregir el desfase no deseado. Los telescopios tienen definido un parámetro ro como aquel diámetro máximo del espejo antes de que la turbulencia aumente el desfase de la onda progresiva en un radián. Este parámetro puede llegar a los 20 cm en luz visible, y será el que imponga el ta- 22 \ . SisteJa¡ de ápw "Wptatin maño de cada uno de los paneles paneles y, proporcionalmente, el con los que trabajaremos indivi- número de actuadores sobre cada panel, disminuye considerabledualmente. El valor de ro depende de la mente si lo comparamos con un raíz cuadrada de la longitud de sistema en luz visible. En el espectro visible neceonda, en este caso suponemos luz visible, dado que es ahí donde sitamos una estrella de magnitud 10 para poder enestriba la mayor focar, y aunque parte del problema ... tenía que hay muchas esde distorsión de imagen. En trellas de esta investigarse cuál infrarrojos el promagnitud en el era exactamente el cielo, no deja de blema es más senser una limitacillo de resolver, efecto producido ción en el estudado que ro aumenpor la atmósfera y ta con y el brillo dio de determiencontrar un requerido por una nados objetos. Es estrella guía decreasí como se basistema de óptica ce rápidamente con rajó la posibiliadaptativa capaz . Se entiende por dad de crear esestrella guía al obtrellas guía desde solucionarlo. jeto luminoso que de la tierra graenfocaremos con el cias a efectos espejo para tener producidos por una referencia de un rayo láser en luminosidad, nuestro objeto de las partículas de la atmósfera. estudio debe estar a muy poca La discusión llegó a un buen distancia de esta estrella para que término, y se comprobó que, utipodamos analizarlo. En infrarro- lizando un haz de rayos láser, se jo, ro llega a valores de medio podía iluminar la parte del cielo metro, con lo que el número de que nos interesara y utilizarlo BURAN N°8 DICIEMBRE 1996 como referencia en nuestro telealgunos de los grandes observa- tada a la simulación o la investiscopio. torios. Es el caso del observatorio gación en busca de mejoras del De esta forma, pasando por Keck, en Hawai, en cuyo diseño sistema. Actualmente, Enrique los intentos de usar un cristal de ha participado el profesor Josep óxido de silicio y bismuto capaz Maria Fuertes i Armengol, de la García Berro, profesor de astrode ajustar la fase de la luz que facultad de informánomía del departapasa a través de él mediante un tica de la UPC, enmento de física apliEl avance en los cada en la UPC, divoltaje aplicado, propuesta fallicargado del sistema rige mi proyecto, da debido a la insuficiente canti- de control. inte~erór,netros trabajando sobre indad de luz emitida por el cristal, Actualmente perr,nitió formación acumulao utilizar un espejo flexible hese tiene en proyecto disponer de da y en espera de cho de una plancha aluminizada la construcción de que reflectara la luz, pero que no obtener más datos un gran 10.000 r,nedidas sobre la construcse llevo a cabo debido a la inesta- radiotelescopio en de frentes de bilidad del sistema, se optó por las Islas Canarias ción de sistemas ya montar un cristal muy fino sobre capaz de utilizar los realizados. onda por una pieza de material piezoeléc- avances más moderPara aquellos segundo. que quieran más intrico ajustado con electro-dos. nos en óptica Este último método era capaz de formación sobre ópadaptativa, así como tica adaptativa, pueproveer al sistema una tolerancia s i s t e m a s den dirigirse a las de 1/50 de micra, tolerancia necomputerizados cacesaria para el proyecto llevado a paces de dotar gran velocidad de referencias que añado al final del proceso y precisión a los paneles. artículo así como a la dirección de cabo. También el problema de meinternet: dir la distorsión del frente de La información sobre éstos ondas fue solucionado con el disistemas es realmente amplia, http:// www2.keck.hawaii.edu :36361 seño de una técnica que dismidado que se trata de un tema con nuía el tiempo de respuesta dis, donde hay una serie de páginas, medio siglo de continua atención. ponible en los sistemas de esa Si a ésto añadimos el obvio inte- aún en preparación, con informaépoca (sobre 1970 se disponía de rés militar del tema, resulta un ción acerca del observatorio Keck circuitos cuya respuesta circula- campo de rápida evolución, dado ya mencionado. ba sobre la centésima de segun- que se ha dispuesto de presupuesdo). El avance en los to para la investigación. interferómetros permitió dispoBibliografía ner de 10.000 medidas de frentes El recopilar esta informade onda por segundo. ción y ordenarla LAIRDS A. THOMPSON. Por último se trataba de en- cronológicamente, así como pro- Adaptiva Optics in contrar un método rápido para fundizar en los aspectos más físi- Astronomy. Physics Today. sintetizar las medicos y matemátiDecember 1994. das individuales de cos, requiere los frentes de onda tiempo y pacienJOHN W. HARDLY. Adaptive de cada zona en un cia. Y es esa la Optics.Scientific American. June Si se conseguía que único mapa donde se primera parte del 1994. cada parte del pudiera estudiar un proyecto que esonda continua sobre realizando. toy Para más información se espejo tor,nara una la apertura óptica pueden consultar los siguientes inclinación total. La tecnología Circulando e-mails: deterr,ninada que analógica se impuentre las páginas so sobre la digital, y de internet, así sacton@keck.hawaii.edu cor,npensara el se implantaron unos como estudiando actuadores bajo cada efecto de desfase, la los artículos pujohng@keck.hawaii.edu espejo deformable, blicados desde ir,nagen sería generando una red 1950 hasta ahora tgregory@keck.hawaii.edu pe~ecta de corrientes prorelacionados con porcional a -la onda. el tema, es mi jmaute@keck.hawaii.edu medida. principal ocupaTodo este estudio fue avanpstomski@keck.hawaii.edu ClOn, tarea que será suplantada zando a gran velocidad en los por otra de matiz más matemátiúltimos 25 años, y se instaló en co. Ya sea la programación orienpeterw@keck.hawaii.edu RAMAS DE ESTUDIANTES DEL IEEE 23