В 2020 г. выполнен обзор результатов, характеризующих проблему применения методов адаптивной оптики на БТА. Рассмотрены свойства комплекса БТА (телескоп + автоматическая система управления), как колебательной системы. Проанализирована информация об астроклиматических характеристиках места установки БТА и характеристиках собственно телескопа в башне. Оценена возможность систем АО для решения низкочастотных проблем оптики БТА (механические и температурные деформации главного зеркала, дрейф фокуса). Рассмотрены возможности применения средств АО в методах спектроскопии высокого разрешения, в первую очередь, на спектрографе НЭС БТА. Оценен выигрыш, обеспечиваемый АО, как в светосиле по потоку, так и по числу одновременно передаваемых элементов спектра. 

   Разработана модель распространения излучения в турбулентной среде, которая позволяет оценить возможную степень коррекции аберраций. Было рассмотрено возникновение в плоской волне точек с нулевой интенсивностью. Проведена зависимость результатов от количества узлов сетки. Для дополнения модели распространения излучения сквозь турбулентную среду было проведено численное исследование распространения лазерного излучения сквозь случайно-неоднородную среду.

   Исследованы спектральные характеристики атмосферной турбулентности, смоделированной в лаборатории.

   Разработана система стабилизации положения светового пучка. Разработана архитектура ПЛИС и создан протокол обмена данными между ПЛИС и программным обеспечением верхнего уровня.

  В 2021 г. проведены лабораторные испытания системы стабилизации излучения на основе ПЛИС. Макет стабилизации положения светового пучка состоял из ПЛИС, двух зеркал с блоками управления, двух квадрантных фотодиодов и компьютера. Стабилизация положения пучка в пространстве осуществлялась с помощью двух зеркал, которые в зависимости от приложенного напряжения позволяли изменять свой наклон как по оси X, так и по оси Y. Наклоны зеркала обеспечивались помощью пьезокерамических пакетов емкостью 1 мкФ, которые конструктивно совмещены с юстировочными винтами. После отражения от зеркал, лазерный пучок разделялся на два пучка, положение каждой части фиксировалось с помощью квадратного фотодиода. Управление осуществлялось с помощью ПЛИС, в функции которой входило вычисление координат двух пучков и выработка напряжений для подачи на устройства коррекции. Блок управления корректирующим зеркалом представлял из себя усилитель постоянного тока, который обеспечивал усиление управляющего сигнала, выработанного ПЛИС, до величины, определяемой параметрами пьезопакета управляющего зеркала (в диапазоне от -30 до + 190 вольт). Модуль цифровой обработки на платформе ПЛИС, который оцифровывает напряжения с фотодиодов, выполняет алгоритмическую процедуру расчета кодов напряжений для корректирующего зеркала и делает цифроаналоговое преобразование для корректирующего зеркала. В процессе тестирования системы велась запись отклонений пучка от центра одного из квадрантных датчиков до коррекции и после коррекции. Эксперименты, проведенные на макете установки, показали, что применение системы стабилизации положения пучка в пространстве позволило уменьшить амплитуду рысканья пучка приблизительно на 15 дБ. Остаточная ошибка по угловой величине составила +/- 2 мкрад. Работающая система коррекции исправляет как постоянное смещение пучка, так и его динамическую составляющую. Р

   Разработан рассекатель звёздного изображения, формируемого адаптивной системой. Адаптивная система частично устраняет искажения изображения звезды, вызванные атмосферной турбулентностью. Однако происходящее при этом уменьшение угловых размеров турбулентного диска изображения звезды не всегда является достаточным для согласования ширины щели спектрографа с элементом разрешения приемника, регистрирующего спектр. Рассмотрены два типа рассекателей изображения звезды, оптимальных для работы с эшелле-спектрографом, оснащенным комплектом дифракционных решеток скрещенной дисперсии. Одна из конструкций испытана в наблюдениях. Используемые конструкции рассекателей в разы минимизируют потери света на входе согласованного спектрографа. Адаптивная оптика устанавливается до рассекателя изображения, что требует согласования схемы рассекателя и адаптивной системы.

    Проведены исследования, позволяющие получить информацию об искажениях на трассе распространения излучения из данных, характеризующих распределение оптических вихрей в плоскости наблюдения. Изучение особенностей распространения вихревого излучения было выполнено на основе методов численного эксперимента. Фазовая модуляция выполнялась в плоскости апертуры источника одним из полиномов Цернике или фазовым экраном, спектральная плотность флуктуаций показателя преломления, на котором задавалась спектром фон Кармана. Для регистрации использовались алгоритмы, подробное описание которых с оценками точности приведено в публикации [Канев Ф.Ю., Аксенов В.П., Веретехин И.Д. Анализ точности алгоритмов регистрации оптических вихрей // Оптика атмосферы и океана. 2021. Т. 34. № 1. С. 5-16. DOI: 15372/AOO 202110101]. Показано, что наличие вихрей в волновом фронте означает, что фаза излучения задается полиномами с номером выше, чем 5 (кома, трилистник и т.д.), а задание фазы такими полиномами, как наклон, фокусировка, астигматизм не приводит к появлению дислокаций в области с диаметром меньшим, чем 1,4 начального диаметра пучка.

Публикации:

1. А.В.Кудряшов, А.Л.Рукосуев, А.Н.Никитин, И.В.Галактионов, Ю.В.Шелдакова Real-time 1.5 kHz adaptive optical system to correct for atmospheric turbulence Optics Express, Vol. 28, Issue 25, pp. 37546-37552, 2020

2. И.Галактионов, Ю.Шелдакова, А.Никитин, В.Самаркин, В.Парфёнов, А.Кудряшов Laser beam focusing through a moderately scattering medium using a bimorph mirror Optics Express, Vol.28, No.25/7, pp.38061-38075, 2020.

3. Клочкова В. Г., Шелдакова Ю. В., Власюк В. В., Кудряшов А. В. О повышении эффективности спектроскопии высокого разрешения на БТА методами адаптивной оптики Астрофизический бюллетень, том 75, № 4, сс.528–542, 2020.

4. Топоровский В.В., Кудряшов А.В., Самаркин В.В., Рукосуев А.Л., Никитин А.Н., Шелдакова Ю.В., Отрубянникова О.В. Исследование охлаждаемого деформируемого зеркала на пьезоактюаторах для коррекции атмосферных флуктуаций фазы Оптика атмосферы и океана, 33, №9, сс.677-684, 2020.

5. Шелдакова Ю.В., Рукосуев А.Л., Белоусов В.Н., Галактионов И.В., Никитин А.Н., Самаркин В.В., Кудряшов А.В. FPGA-based 2 kHz closed-loop adaptive optical system with stacked actuator deformable mirror Proceesings of SPIE, 11508, сс.115080K, 2020.

6. В. Е. Панчук, В. Г. Клочкова, Э. В. Емельянов (V. E. Panchuk, V. G. Klochkova and E. V. Emelyanov) Техника спектроскопии звезд на телескопах малых и умеренных диаметров Астрофизический бюллетень (2021)

7. В.Топоровский, В.Самаркин, Ю.Шелдакова, А.Рукосуев, А.Кудряшов (V. Toporovsky, V. Samarkin, J. Sheldakova, A. Rukosuev, A. Kudryashov) Water-cooled stacked-actuator flexible mirror for high-power laser beam correction Optics & Laser Technology (2021) 

8. Галактионов И.В., Шелдакова Ю.В., Никитин А.Н., Кудряшов А.В. (Galaktionov I.V., Sheldakova J.V., Nikitin A.N., Kudryashov A.V.) LCOS-SLM для задачи фокусировки лазерного излучения видимого диапазона сквозь умеренно рассеивающую среду Новые технологии высшей школы. Наука, техника, педагогика (2021)

9. И.Галактионов, Ю.Шелдакова, В.Топоровский, В.Самаркин, А.Кудряшов (I. Galaktionov, J. Sheldakova, V. Toporovsky, V. Samarkin, A. Kudryashov) Bimorph vs stacked actuator deformable mirror for laser beam focusing through a moderately scattering medium Proceesings of SPIE (2021) 

10. Ф.Ю. КАНЕВ, В.П. АКСЕНОВ, И.Д. ВЕРЕТЕХИН (F.Yu. Kanev, V.P. Aksenov, I.D. Veretekhin) Анализ точности алгоритмов регистрации оптических вихрей Оптика атмосферы и океана (2021)

при поддержке