Le tre applicazioni suddette sono:

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INTRODUZIONE

L’argomento di questa tesi tratta la parte relativa all’Ottica Adattiva all’interno di un progetto più ampio (denominato SPADA) volto all’implementazione di tre applicazioni astronomiche per il miglioramento delle potenzialità dei telescopi terrestri. L’intero progetto è svolto in collaborazione con l’ESO (European Southern Observatories), con il Politecnico di Milano, che si è occupato dello sviluppo della parte sensoristica, e con l’Osservatorio di Catania, che beneficerà dell’intero sistema. Le funzionalità e la compattezza dell’intero sistema ne permettono, inoltre, un uso in qualsiasi ambito riguardante l’analisi di segnali luminosi caratterizzati da rapidi transitori.

Le tre applicazioni suddette sono:

9 Fast Transient Imaging (FTI): grazie a questa funzione, è possibile osservare lo sviluppo di fenomeni astronomici che si sviluppano ad una velocità elevata (come lo scoppio di supernovae).

L’applicazione funziona grazie all’elevata sensibilità del sensore SPADA.

9 Adaptive Optics (AO): è un sistema di controllo retroattivo sull’acquisizione delle immagini. In particolare con l’Ottica Adattiva si possono correggere le aberrazioni delle immagini dovute all’attraversamento del mezzo atmosferico da parte della luce.

9 Layer Sensing (LS): con questa applicazione è possibile capire la

composizione dell’atmosfera in un particolare istante, inviando un

raggio laser in cielo e studiando le interazioni che questo ha con gli

strati atmosferici. Volendo è possibile anche utilizzarla per la

creazione di stelle guida in appoggio all’applicazione di AO.

Introduzione

4 Il problema principale dei telescopi terrestri è quello di subire gli effetti di diffrazione e rifrazione della luce causati dall’attraversamento del mezzo atmosferico che ha portato infatti, nei primi anni di esplorazione spaziale, allo sviluppo di telescopi da mandare in orbita attorno alla terra (Hubble Telescope). Questa soluzione si è dimostrata ben presto inefficiente per tutta una serie di problemi quali la manutenzione in orbita e le ridotte dimensioni dei diametri possibili per questo tipo di strumenti.

Per contro questi problemi sono superabili dai telescopi terrestri i quali, però, richiedono un sistema di correzione delle aberrazioni atmosferiche:

questo sistema è rappresentato dalle Ottiche Adattive che in tempo reale riescono a correggere, mediante l’analisi della curvatura del fronte d’onda dell’immagine incidente sul telescopio, gli effetti di diffrazione e rifrazione introdotti dal mezzo attraversato sfruttando uno specchio deformabile presente all’interno del telescopio stesso. L’obiettivo che si vuol raggiungere in questa tesi è il calcolo del segnale di curvatura appena citato. Più in dettaglio, tale calcolo può essere ottenuto mediante lo spostamento dello specchio prima e dopo il piano focale del telescopio:

nelle due regioni viene contato alternativamente il numero di fotoni incidente e, dal risultato del conteggio degli stessi, ricaviamo il segnale di curvatura. La frequenza con la quale lo specchio si sposta tra i piani focali è regolata da una sinusoide, appositamente generata.

La parte attuativa della correzione è affidata agli osservatori che dispongono di un sistema apposito, i quali, ricevendo il segnale di curvatura, potranno comandare meccanicamente lo specchio deformabile e compensare quindi la curvatura presente, rendendo nuovamente nitida l’immagine. Essendo un sistema adattivo ed essendo l’influenza dell’atmosfera un fenomeno fortemente dinamico, il controllo viene eseguito in retroazione negativa in maniera continua per tutta la durata dell’osservazione.

Nel Capitolo 1 verranno analizzate meglio le tre applicazioni,

nell’ambito del progetto SPADA, in particolare gli obiettivi che ci

prefiggiamo di raggiungere per quanto riguarda l’Ottica Adattiva. Inoltre

Introduzione

5 sarà descritta la parte hardware finora realizzata dall’ Università di Pisa inerente il supporto elettronico all’intero progetto.

A questo punto, nel Capitolo 2, verrà analizzata meglio l’Ottica Adattiva stabilendo i punti fondamentali per un suo sviluppo. In particolare, oltre a descriverne i principi di funzionamento, ci soffermeremo sulla descrizione degli specchi deformabili, parti fondamentali per l’Ottica Adattiva ma non sviluppati in questo lavoro, e sui sensori di fronte d’onda necessari per l’analisi dell’immagine e quindi fondamentali per stabilire il tipo di correzione da applicarle.

Il Capitolo 3 è dedicato all’hardware dell’AO, rappresentato dalla

“Scheda Audio” e dai “Ricevitori”, testati e rivisti criticamente durante il lavoro di tesi e giunti finalmente ad una versione funzionante.

Nel Capitolo 4, infine, verrà esposta sia la parte firmware sviluppata

(in linguaggio C

) per questa applicazione, sia la parte software,

realizzata in linguaggio G tramite Lab View, per l’impostazione dei

parametri di controllo per la gestione dell’Ottica Adattiva.