Il sensore di fronte d'onda Ingot dedicato a sorgenti estese astronomiche

Adaptive Optics aims to improve the performance of an optical system such as a telescope, providing at least in principle diffraction-limited imaging. This result is obtained, measuring the wavefront aberration imposed by the earth atmosphere using of suitably bright reference star and compensating for these aberrations through a deformable mirror. In a classical adaptive optic, such reference must be located close to the scientific target, within the so-called Isoplanatic Angle. This requirement reduces dramatically the fraction of the sky that can be efficiently corrected with this technique. A possible solution to this problem is to create an artificial reference in the sky, the so-called Sodium Laser Guide Star (LGS). Unlikely, The Sodium LGS is not a point-like source in the sky, as is valid for the natural guide stars, but more an elongated object in a 3D volume, when launched from the side of a large (or extremely large) telescope. The Sodium LGS nature gave birth to the idea of a new pupil plane wavefront sensor that can be deployed in a similar 3D manner, that can cope with the natural elongation of the LGS. This new device is called Ingot Wavefront Sensor. In this work, we propose a full description of the Ingot Wavefront Sensor, which has been designed taking into account the characteristics of the European-Extremely Large Telescope (ELT). We performed the optical design, and, both simulations and laboratory tests to investigate which are the performances of the Ingot Wavefront Sensor.

L'ottica Adattiva ha l'obiettivo di migliorare le prestazioni di un sistema ottico quale un telescopio, cercando di raggiungere, almeno in principio, il limite di diffrazione dello strumento. Questo risultato viene si ottiene misurando le aberrazioni che un fronte d'onda che proviene da un oggetto astronomico subisce quando attraversa gli strati turbolenti dell'atmosfera. Un sistema di ottica adattiva per funzionare ha bisogno di un oggetto di riferimento in cielo, da utilizzare per acquisire quali siano le condizioni turbolente in atmosfera, e compensando poi con una correzione complementare al fronde d'onda aberrato tramite uno specchio deformabile. In un sistema di Ottica Adattiva classico, la stella guida deve trovare all'interno di un certo angolo solido, noto come "Angolo Isoplanatico", insieme all'oggetto scientifico che si vuole osservare. Questa richiesta, come e' facile immaginare limita notevolmente la porzione di cielo che si possa osservare. Per ovviare a questo inconveniente e' possibile usare come riferimento in cielo, quelle che sono te come Stelle Guida Laser (LGS). Questo strumento, rende possibile attraverso un lanciatore laser di riprodurre in cielo, all'interno dell'angolo isoplanatico una stella di riferimento. Sfortunatamente gli LGS, non riescono a riprodurre le medesime caratteristiche di una stella naturale. Gli LGS non sono approssimabili ad un oggetto puntiforme, quale una stella naturale, ma sono anzi estesi in uno spazio tridimensionale. I classici sensori di fronte d'onda, quale ad esempio lo Shack-Hartmann possono avere delle difficolta' a sensare un oggetto esteso, perdendo quindi informazioni preziose per la ricostruzione. In questo contesto nasce l'idea di un nuovo sensore di fronte d'onda di piano di pupilla, che chiamiamo INGOT, e che almeno in prima approssimazione e' in grado di usare tutta la geometria della LGS senza perdite di segnale e informazioni. In questo lavoro, riportiamo una descrizione completa del sensore di fronte d'onda INGOT, che e' stato progettato tenendo in riferimento le caratteristiche dello ELT. Abbiamo sviluppato il disegno ottico del sensore, in due varianti, e testato l'INGOT presso un banco ottico gia' esistente in grado di riprodurro in sistema di ottica adattiva quasi reale, ed in aggiunta progettato un banco di prova presso l'Osservatorio Astronomico dove poter testare in autonomia le prestazioni di questo nuovo sensore di fronte d'onda.