óptica adaptativa

La óptica adaptativa (AO) es un sistema de corrección óptica activa que contrarresta el desenfoque causado por la turbulencia atmosférica en los telescopios terrestres. La atmósfera cambia continuamente la fase de las ondas de luz entrantes, degradando la calidad de la imagen. Un sistema AO mide continuamente estas distorsiones de fase y aplica correcciones a través de un espejo deformable, logrando típicamente un rendimiento limitado por difracción que iguala o supera lo que pueden ofrecer los telescopios espaciales.

Los componentes principales funcionan como un sistema de circuito cerrado. Un sensor de frente de onda, generalmente un sensor Shack-Hartmann, muestrea la luz distorsionada dividiéndola en subaperturas y midiendo la inclinación local del frente de onda en cada apertura. Un sistema de control en tiempo real procesa estos datos y calcula la deformación requerida. Un espejo deformable accionado por actuadores, típicamente una superficie reflectante delgada con 50 a 4000 actuadores dependiendo de la sofisticación del sistema, aplica la corrección, generalmente a velocidades de 100 a 2000 Hz. El espejo debe asentarse y responder dentro de la escala de tiempo de coherencia de la turbulencia atmosférica, típicamente decenas de milisegundos.

Variantes y limitaciones

La AO con estrella guía natural utiliza una estrella brillante cerca del objetivo para medir la distorsión atmosférica. Los sistemas de estrella guía láser crean una baliza de referencia artificial excitando átomos de sodio en la atmósfera superior, lo que permite la corrección lejos de las estrellas naturales brillantes. La AO de capa terrestre corrige solo el kilómetro más bajo de la atmósfera y funciona en campos más amplios. La AO multiconjugada utiliza múltiples espejos deformables a diferentes alturas para corregir la estructura de turbulencia tridimensional, mejorando el rendimiento en campos de visión más grandes a costa de la complejidad.

El rendimiento se degrada cuando las condiciones atmosféricas empeoran, cuando la estrella guía es tenue o distante del objetivo científico, o cuando el sistema no puede responder lo suficientemente rápido a la evolución atmosférica. El error residual aumenta con la longitud de onda y con el grado de desfase angular entre la estrella guía y el objetivo. Los sistemas también tienen dificultades con la luz visible debido al ruido y a las variaciones atmosféricas más lentas en el espectro visible.

La óptica adaptativa se ha convertido en un estándar en los grandes telescopios terrestres con aperturas superiores a 4 metros. Los instrumentos modernos ofrecen relaciones de Strehl (intensidad máxima en relación con el límite de difracción) de 0.5 a 0.9 en el infrarrojo cercano y longitudes de onda más largas, lo que hace que las observaciones terrestres sean competitivas con los telescopios espaciales para muchos objetivos científicos, manteniendo las ventajas de aperturas más grandes y cambios de instrumentos más fáciles.