4-dimensional wavefront reconstruction for laser-tomography adaptive optics

激光断层扫描自适应光学器件的 4 维波前重建

• 批准号: 22K14079
• 负责人: 大野 良人
• 金额: $ 3万
• 依托单位: National Astronomical Observatory of Japan
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14079/
• 关键词: 補償光学; 大気揺らぎ; トモグラフィ; 波面センサー; 機械学習

本研究では宇宙望遠鏡を凌駕する可視波長域で0.04秒角以下の高空間分解能観測を実現するために、複数のレーザーガイド星とトモグラフィ技術を用いて大気揺らぎを3次元的に測定・補正するレーザートモグラフィ補償光学(LTAO)の性能をさらに向上させる波面推定手法の開発を行う。限られた波面センサーの情報から時間変化する大気揺らぎの影響を高精度で推定するために、これまでの空間3次元に加えて大気揺らぎの時間変化の性質を利用した４次元的な波面推定手法を開発し、すばる望遠鏡用に開発が進められているレーザートモグラフィ補償光学装置での実証を行う。初年度となる2022年度では、主に大気揺らぎの時間変化を調査するための波面センサーデータの取得を行なった。データ取得には、すばる望遠鏡用に開発が進められているLTAO用の波面センサーの試作機と、ハワイ観測所と東北大学の共同で開発された大気揺らぎプロファイリングシステムを用いた。この波面センサー試作機は32x32の副開口を持つシャックハルトマン波面センサーで、すばる望遠鏡で運用されているレーザーガイド星を観測して、その光の波面を400Hzの速度で測定する。試作機は2021年の5月から2022年の11月まですばる望遠鏡の赤外ナスミスプラットフォームで運用された。2022年度は4月と11月の計2回試験観測を行い、波面揺らぎの時系列データを取得した。一方で大気揺らぎプロファイリングシステムは、地表付近の大気揺らぎの高さ分布を非常に細かい高さ分解能で測定することができる。大気揺らぎプロファイリングシステムはすばる望遠鏡の可視ナスミスプラットフォームに設置され、2022年中に計2回のデータ取得を行なった。今後は2022年度の取得した様々なデータから大気揺らぎの時間的変化の特徴を調査し、波面推定手法の開発に進めていく。

In this research, in order to realize high spatial resolution observations of less than 0.04 arcseconds in a visible wavelength range that surpasses space telescopes, we will develop a wavefront estimation method that further improves the performance of laser tomography adaptive optics (LTAO), which uses multiple laser guide stars and tomography techniques to measure and correct atmospheric fluctuations in three dimensions.为了估算有限的波前传感器信息的随时间变化的大气波动的影响，已经开发了一种四维波前估计方法，该方法还利用了时变大气波动的特征，除了先前的三维空间空间维度外，还表明了激光整体仪的均进行了coptive Optics Deption，该设备是由coptive Seption进行了适应的。在2022年的第一年，波前传感器数据主要获取以研究空气波动的时间变化。为了获得数据，我们为LTAO使用了一个原型波前传感器，该传感器目前正在为斯巴鲁望远镜开发，以及由夏威夷天文台和Toohoku University共同开发的大气摇动分析系统。该波前传感器原型是一个带有32x32次级光圈的棚屋Hartmann波前传感器，观察由Subaru望远镜操作的激光导向星，并以400Hz的速度测量光的波前。该原型于2021年5月至2022年11月在Baru望远镜的红外Nasmith平台上运行。2022年，在4月和11月进行了两次测试观测，并获取了有关波前波动的时间序列数据。另一方面，大气摇动分析系统可以通过非常精细的高度分辨率来测量表面附近大气摇动的高度分布。空气摇曲板系统安装在Subaru望远镜的可见Nasmith平台上，数据在2022年期间总共获取了两次。将来，我们将研究来自2022年获得的各种数据的时间变化的时间变化的特征，并继续开发一种波纹估算方法。