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COMPONENTES DE UN SISTEMA DE OPTICA ADAPTATIVA
– Sensores de frente de onda
– Detectores
– Correctores de frente de onda
ABERRACIONES
– Sist. Opt. Perfecto. Aberraciones
– Teoría electromagnética de la luz
– Polinomios de Zernike
– Optica adaptativa
FUENTES DE ERROR
APLICACIONES
RECONSTRUCCION DEL FRENTE DE ONDA
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SENSORES DE FRENTE DE ONDA
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Sensores de frente de onda
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VENTAJAS
Fácil de construir. Permite algoritmos de recuperación sencillos
Shack-Hartmann
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C
C
D
Shack-Hartmann
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La intensidad en la zona de superposición es proporcional a la pendiente del frente de onda en ese punto
VENTAJAS
Buena respuesta en amplia banda espectral.
No le afecta scintillation.
Funciona con fuentes extensas.
Desplazamiento
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Desplazamiento
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F
P1 P2
Diferencia de
intensidad entre dos planos, antes y después del foco.
VENTAJAS
Buenos resultados con pocos actuadores (IR)
y lazo cerrado.
Curvatura
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Curvatura
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Detectores CCD
Características:
– Ruido de lectura 5-10 electrones por pixel
– Velocidad de toma de imagen: 2 Khz
– Eficiencia cuántica hasta : 80%
– Operan en visible (450-750 nm)
– 64×64 pixeles
– 24mm tamaño pixel
– Diferentes ruidos térmicos y de lectura.
Necesidades:
– Electrónica específica para transmitir datos y controlar funciones
– Refrigeración del detector.
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– CCD con una o varias etapas de intensificación. Factor de amplificación de 106
– CCD bombardeados por electrones. Eficaces pero inasequibles.
– CCD iluminados por la espalda. Alta eficiencia. Mejor opción prestaciones/precio.
Otros CCD
Cámara de la ESO
para NAOS
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Características:
– Gran ganancia libre de ruido
– Eficiencia cuántica del 50%
– Velocidad de lectura 1.5 Mhz
– Se disparan electrónicamente
– Se leen en paralelo
Necesidades:
– Empaquetamiento para evitar ruido entre diodos adyacentes
– Refrigeración
Fotodiodos de avalancha
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Otros sensores
(Gp:) Sensor Interferencial
(Gp:) CCD
(Gp:) Sensor piramidal
(Gp:) Sensor Efecto Talbot
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Sensor Defocus
APD
APD
Sensores Modales
Sensor Tip-Tilt
Sensor Zernikes
APD
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COMPENSACION DEL FRENTE DE ONDA
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Número de actuadores o grados de libertad y su forma.
Rango dinámico de la corrección. Excursión suficiente para todos los casos.
Rango espectral del corrector. (.4-.7 mm) o (1-4mm).
Tiempo de respuesta. Inferior al tiempo de coherencia del sistema a corregir.
Errores residuales. Han de ser mínimos.
Histéresis. Deben de recuperarse al cesar la actividad.
Capacidad del corrector de adaptarse al frente de onda.
Consideraciones para diseñar un sistema de compensación
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Principio de funcionamiento:
Actuadores piezoeléctricos que se deforman a aplicarles tensión.
Características:
Coeficiente de dilatación
Modulo de elasticidad
Conductividad térmica
Deflexión según voltaje
Modelos teóricos del
comportamiento
Actuadores discretos
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Principio de funcionamiento:
Actuadores piezoeléctricos que se deforman a aplicarles tensión.
Características:
Máximo empaquetamiento
Desplazamiento vertical
Discontinuidades
Modelos teóricos del comportamiento
Espejos segmentados
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Características:
19-37 elementos
Diámetro de 23mm
Anchura de banda de 2khz
(Gp:) V0 V1 V2 V3
Principio de funcionamiento:
Dos capas piezoeléctricas que se estiran al aplicarles tensión.
Espejos bimorfos
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Características:
Deformación continua
Importante función de influencia
Precio razonable
Principio de funcionamiento:
Membrana suspendida que se mantiene rígida gracias al campo aplicado.
Espejos membrana
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Características:
Facilidad de manejo
Posibilidad de corregir intensidad
Respuesta lenta
Respuesta espectral
(Gp:) Electrodos
(Gp:) Electrodos
(Gp:) dirección del campo
(Gp:) z
Principio de funcionamiento:
El campo entre electrodos hace girar las macro moléculas variando el índice de refracción local del medio
Correctores refractivos
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Lentes refractivas
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RECONSTRUCCION DEL FRENTE DE ONDA
ABERRACIONES
– Sist. Opt. Perfecto. Aberraciones
– Teoría electromagnética de la luz
– Polinomios de Zernike
– Optica adaptativa
FUENTES DE ERROR
APLICACIONES
COMPONENTES DE UN SISTEMA DE OPTICA ADAPTATIVA
– Sensores de frente de onda
– Detectores
– Correctores de frente de onda
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Reconstruir es establecer la conexión entre los valores obtenidos del sensor de frente de onda y los valores aplicables al elemento corrector
Corrector
Predictor
Recons
tructor
Sensor
Frente de onda distorsionado
Frente de onda corregido
Reconstrucción
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Estimación de los valores del frente de onda a partir de experimento.
Eliminar componentes innecesarias como el pistón.
Compensación independiente de tip-tilt y desenfoque.
Eliminar acoplos debidos a la función de influencia del corrector.
Reducir ruidos aprovechando la estadística de la luz
Minimización del error en el frente de onda reconstruido.
Ajuste entre las geometrías del sensor y del corrector.
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(Gp:) Modelo de
(Gp:) reconst. Método de Calculo Realización Práctica
(Gp:) Modelo de red Métodos iterativos Técnicas iterativas
(Gp:)
(Gp:) Jacobi Analógica
(Gp:)
(Gp:) Gauss-Seidel Digital
(Gp:) SOR Híbrida
(Gp:)
(Gp:) Recons.
(Gp:) Cuasi-óptima Exponencial Cálculo en serie
(Gp:)
(Gp:) Recons. Optima Inversión de matrices Procesador paralelo
Metodos de Cálculo
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SVD = Estimador de mínimos cuadrados
Reconstrucción del frente de onda
40
(Gp:) O O O
O O O
O O O
(Gp:) O O O
O O O
O O O
(Gp:) O O O
O O O
O O O
(Gp:) Desplazamiento
(Gp:) Shack-Hartmann
(Gp:) No se utiliza
Modelos de medida
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Frentes de onda reconstruidos
Defoco
Astigmatismo
Compensación
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ABERRACIONES
– Sist. Opt. Perfecto. Aberraciones
– Teoría electromagnética de la luz
– Polinomios de Zernike
– Optica adaptativa
FUENTES DE ERROR
OBJETO DE REFERENCIA
COMPONENTES DE UN SISTEMA DE OPTICA ADAPTATIVA
– Sensores de frente de onda
– Detectores
– Correctores de frente de onda
RECONSTRUCCION DEL FRENTE DE ONDA
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Fuentes de error
Errores en la detección.
Ruidos inevitables que reducen la precisión en la determinación de centroides y gradientes.
Errores en el procesado.
Propagación de errores en el proceso de reconstrucción.
Errores en el corrector.
Función de influencia del corrector. Falta de repetitividad.
Histéresis. Esto supone una fuente de error no siempre controlada.
Error temporal.
Retraso entre el frente de onda medido y el modificado.
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ABERRACIONES
– Sist. Opt. Perfecto. Aberraciones
– Teoría electromagnética de la luz
– Polinomios de Zernike
– Optica adaptativa
COMPONENTES DE UN SISTEMA DE OPTICA ADAPTATIVA
– Sensores de frente de onda
– Detectores
– Correctores de frente de onda
RECONSTRUCCION DEL FRENTE DE ONDA
APLICACIONES
FUENTES DE ERROR
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Astronomía
Sistema de OA en el Keck
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LASER
SENSOR
Referencia
47
Compensación del ojo
LASER
SENSOR
CCD
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(Gp:) Frente de onda ocular
Caracterización del ojo
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(Gp:) Diagnóstico para corrección y cirugía
(Gp:) Diagnóstico de retina
(Gp:) Compensación adaptativa
50
Control extracavitario de modos
51
Tomografía y compensación volumétrica
(Gp:) Fuente
(Gp:) Trayectoria de la fuente
52
Optica adaptativa multiconjugada
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