Tiedote

ESO:n teknologiaan perustuva uusi tehokas laser on läpäissyt käytännön testin

31. elokuuta 2021

ESO:n teknologiaan perustuva kokeellinen tehokas laser selviytyi viime kuussa keskeisestä testistä, joka tehtiin Allgäuer Volkssternwarte Ottobeuren -observatoriossa Saksassa. Teollisuuden kanssa yhteistyössä kehitetyllä adaptiivisen optiikan laserilla on merkittäviä uusia ominaisuuksia nykyisiin järjestelmiin verrattuna. Se tulee olemaan osa CaNaPy Laser Guide Star Adaptive Optics -järjestelmää, joka asennetaan Euroopan avaruusjärjestön (ESA) optiselle maa-asemalle Teneriffalle Espanjaan osana ESO:n ja ESA:n tutkimus- ja kehitysyhteistyötä. Lähes kolme kertaa nykyisiä lasereita suurempi teho mahdollistaa myös laser-satelliittiviestinnän kehityksen sekä tuo merkittäviä parannuksia maanpäälisillä kaukoputkilla otettujen tähtitieteellisten kuvien tarkkuuteen.

Tähtitieteen adaptiivisella optiikalla tarkoitetaan maanpäälisissä teleskoopeissa olevia järjestelmiä, jotka korjaavat Maan ilmakehän turbulenssin aiheuttamia kuvavääristymiä. Turbulenssi aiheuttaa maan pinnalta nähtynä tähtien ”tuikkimisen”. Kuvavääristymien poistamiseksi nämä järjestelmät vaativat tutkimuskohteen lähellä olevan kirkkaan referenssitähden. Koska näitä tähtiä ei aina ole sopivasti kohteiden lähellä, tähtitieteilijät käyttävät lasereita, jotka virittävät 90 kilometrin korkeudessa maapallon ilmakehässä olevia natriumatomeja. Näin tutkimusalueen lähelle saadaan luotua keinotekoisia tähtiä, joiden avulla ilmakehän turbulenssia voidaan kartoittaa ja korjata.

Uusi kokeellinen laser perustuu samaan ESO:n teknologiaan, joka on käytössä 'Four Laser Guide Star Facility'-yksikössä. Se on tehokkaassa käytössä ESO:n Very Large Telescope eli VLT-kaukoputkessa Chilessä, sekä useissa suurissa tähtitieteen observatorioissa ympäri maailman. Näiden lasereiden teho on 22 wattia, mutta tämän uuden laserin teho on lähes kolminkertaistanut 63 wattiin, mikä on tähtitieteen lasertekniikassa valtava harppaus eteenpäin. Esimerkiksi tämä parantaa näkyvillä aallonpituuksilla adaptiivisten optiikan kuvien terävyyttä. ESO:n kanssa tehdyn yhteistyösopimuksen osana kanadalainen MPB Communications-yhtiö (yksi ESO:n alan kumppaneista) on pystynyt nostamaan infrapunalähteensä (Raman-kuituvahvistin, RFA) tehoa. Tämä on läpimurto, jonka avulla ESO CaNaPy laser pystyy saavuttamaan niin suuren tehon [1].

Tämän lisäksi saksalainen TOPTICA Photonics AG (myös ESO:n teollisuuskumppani) on kehittänyt ja toteuttanut uuden laserjärjestelmän CaNaPy-laserin taajuusmuutosjärjestelmän (frequency chirping system) osana ESO:n kanssa tehtävää tutkimus- ja kehitysyhteistyötä. Taajuudenmuutosjärjestelmässä (chirping) muutellaan nopeasti taajuutta, jolla laser on viritetty. Tämä lisää laserin virittämien natriumatomien määrää, mikä tekee keinotekoisesta tähdestä kirkkaamman ja parantaa siten turbulenssin aiheuttamien vääristymien korjausta. TOPTICA on asentanut taajuudenmuutosjärjestelmän prototyypin 63 watin laseriin. Se on ESO:n kanssa yhteistyössä rakentamassa havaintoja varten sekä laserin, että uuden taajuudenmuutosärjestelmän.

Tämä uusi kokeellinen CaNaPy-laser on esimerkki tähtitieteen teknologiasta, joka on kehitetty ESO:n ja teollisuuden kanssa yhteistyössä. Tällaista teknologia otetaan myös teollisuuden käyttöön uusilla aloilla, ja etsitään sovelluksia alkuperäisen käyttötarkoituksen lisäksi. Siten kehitystyö hyödyttää koko yhteiskuntaa. Kun CaNaPy-laitteisto on asennettu ESA:n Optical Ground Stationiin Teneriffalle (ESO:n [2] ja ESA:n yhteistyöhanke) se antaa molemmille organisaatioille mahdollisuuden edistää laser-aputähtien adaptiivisen optiikan teknologian käyttöä tähtitieteen lisäksi myös satelliittien optisessa viestinnässä. Optisen laserviestinnän avulla satelliitit voisivat lähettää ja vastaanottaa signaaleja Maassa molempiin suuntiin erittäin nopealla kaistanleveydellä. ESA tutkii parhaillaan tätä mahdollisuutta. Optinen lasersignaali voi siirtää paljon enemmän tietoa kuin radiosignaalit, mutta ilmakehän turbulenssi vaikuttaa niihin vastaavalla tavalla. Laser-aputähtien adaptiivisen optiikan teknologia voi siten parantaa huomattavasti satelliittien ja maa-asemien välisiä optisia yhteyksiä.

Lisähuomiot

[1] MPB Communications kasvatti 1178 nm:n infrapuna-alueella toimivan Raman-kuituvahvistimensa tehoa 36 watin tasosta, jota tavallisesti käytetään kaupallisissa natrium aputähti-lasereissa, ennennäkemättömälle 100 watin tasolle. Tämän ansiosta CaNaPy pystyy saavuttamaan 63 watin jatkuvan aaltotehon, kun se toimii 589 nm:n näkyvän allonpituuden alueella.

[2] Yhteistyössä on mukana useita ESO:n jäsenvaltioiden instituutteja: Istituto Nazionale di Astrofisica Italiassa, Durhamin yliopisto Yhdistyneessä kuningaskunnassa ja Instituto de Astrofísica de Canarias Espanjassa.

Linkit

Yhteystiedot

Domenico Bonaccini Calia
Physicist in the Laser and Photonics Group at ESO
Garching bei München, Saksa
S-posti: dbonacci@eso.org

Juan Carlos Muñoz Mateos
ESO Media Officer
Garching bei München, Saksa
S-posti: jmunoz@eso.org

Tiedotteesta

Tunnistus:ann21011

Kuvat

CaNaPy laser undergoing commissioning
CaNaPy laser undergoing commissioning
Englanniksi
CaNaPy laser during field test in Germany
CaNaPy laser during field test in Germany
Englanniksi
CaNaPy laser
CaNaPy laser
Englanniksi