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。

在这项研究中，我们将利用多激光导星和层析成像技术对大气波动进行三维测量和校正，以实现可见光波长范围内小于0.04角秒的高空间分辨率观测，这超越了我们的太空望远镜。将开发一种波前估计方法，以进一步提高激光断层扫描自适应光学器件（LTAO）的性能。为了利用有限的波前传感器信息高精度地估计时变大气波动的影响，除了传统的三维空间波前估计方法外，我们还开发了一种利用大气波动时变特性的四维波前估计方法。该方法将使用目前正在为斯巴鲁望远镜开发的激光断层扫描自适应光学设备进行开发和演示。在第一年 2022 财年，我们主要获取波前传感器数据来研究大气波动的时间变化。为了获取数据，我们使用了目前正在为斯巴鲁望远镜开发的原型 LTAO 波前传感器，以及由夏威夷天文台和东北大学联合开发的大气波动剖面系统。该波前传感器原型是Shack-Hartmann波前传感器，具有32x32子孔径，可观测斯巴鲁望远镜操作的激光导星，并以400Hz的速度测量其光的波前。该原型机于2021年5月至2022年11月在斯巴鲁望远镜的红外Nasmyth平台上运行。 2022财年，在4月和11月进行了两次测试观测，获得了波前波动的时间序列数据。另一方面，大气波动剖面系统可以以极精细的高度分辨率测量地球表面附近大气波动的高度分布。大气波动剖面系统安装在斯巴鲁望远镜的可见光Nasmyth平台上，并在2022年期间总共采集了两次数据。未来，我们将根据2022年获取的各种数据研究大气波动的时间变化特征，并继续开发波前估计方法。