Presentacion de los resultados de un experiemto para demostrar y comprender el funcinamiento de la óptica adaptativa.

1. SENSOR DE FRENTE DE ONDA
DE SHACK-HARTMANN
Óptica Adaptativa
Ampliación de Técnicas Experimentales
Sara Pérez

2. Resumen
Se ha comprendido el funcionamiento e importancia de la
óptica adaptativa. La óptica adaptativa permite contrarrestar
los efectos introducidos por la atmosfera aumentando así la
resolución de las imágenes astronómicas.
Se ha visto experimentalmente como la óptica adaptativa
compensa la aberraciones introducidas en nuestra práctica por
un modulador de fase, de un frente de onda inicialmente plano.

3. Introducción: ¿Qué es la óptica adaptativa?
Es una técnica que permite contrarrestar, en tiempo real, las turbulencias
atmosféricas en la formación de las imágenes astronómicas.
Aumento del poder del
resolución de los telescopios

4. Introducción
• Difracción en apertura circular mancha de Airy
2.44 λ/D
• Turbulencias atmosféricas: variaciones del índice de refracción de la atmosfera
debidas a los cambios locales de temperatura del aire.
corta exposición speckles
larga exposición disco de Seeing
2.44 λ/R0
R0 parámetro de Fried

5. Introducción: Aberraciones
• Frente de onda de una fuente muy lejana frente de onda plano
Frente de onda:
frente de onda plano → ϕ = cte
• Función de aberración ϕ(r): diferencia de fase entre la fase real del frente de onda y
la fase de la superficie de referencia.
- nos permite describir el frente de onda aberrado
- φ(r) como desarrollo en serie de polinomios de Zernike:
i max
 (  , )  a i
Z i (  , )
i 2

6. Introducción: Aberraciones
• Polinomios de Zernike: conjunto de funciones ortogonales sobre una pupila circular.

7. Introducción: Sistemas de óptica adaptativa
Los principales componentes de un sistemas de óptica adaptativa son:
1) Sensor de frente de onda: estima el frente de onda
Sensor Shack-Hartmann: compuesto por un array de
microlentes de la misma focal y un detector de luz
(CCD).
Δx α pendiente media del frente de onda
2) Elemento corrector: compensan las aberraciones introducidas por la atmósfera
generando variaciones en el camino óptico.
Espejo de membrana: compuesto por una membrana
reflectante y una serie de actuadores. Aplicando
diferentes voltajes a los electrodos se obtienen
diferentes deformaciones.

8. Dispositivo experimental

9. Procedimiento experimental
Sistema modulador de fase (SLM): introduce la aberración al frente de onda.
El programa SDIAPP envía una imagen en niveles de gris al modulador y este la
convierte en un mapa de niveles de fase que va de 0 a 2π.
Sistema de control: A partir de la información recogida por el sensor de frente de
onda calcular la disposición de los actuadores.
El programa FrontSufer nos permite calibrar el espejo.
  Z k  x,y 
B   S
K
1
x
 a k

x
a 
T
B B
T
m k 1 m

10. Resultados y Análisis
sin aberración defocus → potencia óptica =0
defocus positivo → potencia óptica > 0
defocus negativo → potencia óptica < 0
Imagen de referencia: modulador a cero y espejo plano

11. Resultados y Análisis
Primer mapa de fase: Defocus positivo
Frente de onda aberrado:
Frente de onda compensado:

12. Resultados y Análisis
Frente de onda introducido por el
espejo (SML=0):

13. Resultados y Análisis
Segundo mapa de fase: Defocus negativo
Frente de onda aberrado:
Frente de onda compensado:

14. Resultados y Análisis
¡¿Por qué?!
Los actuadores del espejo de
membrana solo se mueven en un
sentido.

15. Resultados y Análisis
Compensación manual (defocus positivo)
Frente de onda compensado con el actuador central:
Frente de onda compensado con el actuador central:

16. Conclusiones
- Se ha comprobado en el laboratorio como la óptica adaptativa permite compensar
las aberraciones introducidas por la atmósfera terrestre en los frentes de onda,
inicialmente planos, procedentes de objetos astronómicos (como las estrellas).
- Se han introducido dos mapas de fase con el modulador uno correspondiente a un
defocus positivo y el segundo a un defocus negativo. El segundo sin embargo no se ha
podido corregir debido al movimiento de los actuadores en un único sentido.
- Además, se han corregido calibrando manualmente el espejo obteniéndose mejoras.
Sin embargo la corrección manual funciona únicamente en casos como este de
aberraciones sencillas.

17. Otras Cuestiones: Estrellas guías
Luz insuficiente procedente del objeto a Inhomogeneidad de las turbulencias →
observar → estrella de referencia anisoplanatismo
Estrella guía laser

18. Otras Cuestiones
Aplicaciones:
Principal aplicación: Observación de objetos astronómicos.
- Oftalmología; estudio de las
aberraciones del ojo.
- Aplicaciones militares
Limitaciones:
- Anisoplanatismo
- Rango espectral (Shack-Hartmann y modulador)
- etc

19. Bibliografía
[1] Guión de la práctica
[2] http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%93ptica_adaptativa
[3] www.ecozonas.com/category/astronomia/page/3/ (estrellas guía)
[4]http://media4.obspm.fr/public/VAU/instrumentacion/instrumento/oa/INTRODUCTION
/index.html