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Marafatto, Luca (2016) Multi Conjugate Adaptive Optics correction on an 8 meters telescope: a NIRVANA from the lab to the sky. [Tesi di dottorato]

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Abstract (inglese)

In the last 50 years the apertures of the world largest ground-based telescopes doubled, passing from the 5 m of the Hale telescope (1948) to the over 10 m of the Gran Telescopio Canarias, serving the astronomers in their attempts to push further and further the boundaries of our knowledge of the sky. The astronomical community is now looking forward to the era of the 40 m telescope (Extremely Large Telescope, ELT), which will further improve the studies in many astronomical fields, enabling the observation of very faint and distant objects, beyond the limits of the currently known universe.
However, since these telescopes are located on the ground and they are naturally affected by atmospherical seeing, even the largest telescope would be equivalent, in term of resolution and image quality, to a telescope of few tens of centimetres in diameter, if the seeing is not compensated.
This is exactly the aim of Adaptive Optics, which plays a key role in the modern ground-based telescope, as it allows the telescope to recover, completely or partially, its theoretical resolution imposed by diffraction. Many different kinds and approaches to Adaptive Optics have been proposed in the last decades, each one with its level of correction, sky coverage, complexities etc.
LINC-NIRVANA, the Fizeau interferometer for the LBT, is equipped with a complex Multi-Conjugate Adapive Optics system (MCAO), which allows to uniformily correct a 2 arcmin Field of View, enabling interferometric imaging on a 10 x 10 arcsec Field of View with a 23 m telescope equivalent resolution. When operated in this configuration, the LBT can be considered a precursor of the ELTs.
In this Thesis I give a detailed description of the MCAO system serving LINC-NIRVANA, and in particular of its main subsystems, the Ground layer Wavefront Sensor (GWS) and the High layer Wavefront Sensor (HWS). I give an overview of the optical concepts and layout of the MCAO module, going through the definition of the alignment procedures defined to match the tight tolerances required to correctly operate the instrument, and concluding with the results and verifications of the alignment.
I also widely describe the operations and the results of a Pathfinder Experiment, in which one of the two GWSs has been tested at the LBT as a stand alone system in order to verify its ability to drive the Adaptive Secondary Mirror of the LBT and also our ability to make it possible. In this way we acquired experience in view of the LINC-NIRVANA commissioning, planned at the end of 2016.
Since LINC-NIRVANA is an Italian/German collaboration, the work described in this Thesis was carried out in three countries: Italy, Germany and U.S.

Abstract (italiano)

Negli ultimi 50 anni il diametro dei principali telescopi a terra del mondo è più che raddoppiato, passando dai circa 5 m del telescopio Hale ai più di 10 m del telescopio Gran Telescopio Canarias, in risposta alle necessità del mondo astronomico nel suo tentativo di spingere sempre più lontano i confini della nostra conoscenza della volta celeste. La comunità astronomica è ora proiettata ed in attesa dell’era dei telescopi da 40 m, che permetteranno di migliorare le nostre conoscenze e la nostra comprensione in moltissimi campi astronomici, permettendo di osservare sorgenti sempre più deboli e lontane, spingendo il nostro sguardo oltre i limiti attuali, fino ai sfiorare i confini dell’Universo appena nato. Tuttavia, dal momento che i telescopi a terra sono affetti dal fenomeno naturale del seeing, dovuto alla presenza di un mezzo turbolento tra il telescopio e la volta celeste (l’atmosfera), anche il telescopio più grande diverrebbe equivalente, quantomeno in termini di risoluzione e qualità dell’immagine, a un telescopio di poche decine di centimetri se non si risolve il problema del seeing.
Questo è esattamente il proposito dell’Ottica Adattiva, che gioca un ruolo chiave nelle osservazioni astronomiche da terra, dal momento che permette ai telescopi di riacquisire, totalmente o in parte a seconda della tecnica di Ottica Adattiva utilizzata, il loro limite di risoluzione teorico imposto dalla diffrazione. Data la sua importanza, negli ultimi decenni sono stati sviluppati molti sistemi e concetti di Ottica Adattiva, ognuno con le sue peculiarità e caratteristiche.
LINC-NIRVANA, l’interferometro di Fizeau per il Large Binocular Telescope, è equipaggiato con un complesso modulo di Ottica Adattiva Multiconiugata (MCAO), che consente di correggere uniformemente un campo di vista di 2 arcmin, permettendo di ottenere immagini interferometriche su un campo di 10 x 10 arcsec, molto esteso se comparato ad altri interferometri, con una risoluzione equivalente a quella di un telescopio di 23 m. In sostanza, in questa configurazione, LBT può essere considerato un precursore degli ELTs.
In questo Tesi darò una descrizione dettagliata del modulo MCAO equipaggiato a LINC-NIRVANA, concentrandomi in particolare sui due principali sottosistemi che lo costituiscono: il Ground layer Wavefront Sensor (GWS) e l’High layer Wavefront Sensor (HWS). Darò una panoramica dei concetti di ottica su cui si basano questi sensori, definirò le procedure di allineamento utilizzate per soddisfare le rigide tolleranze imposte per poter operare lo strumento con buone prestazioni e infine descriverò i risultati dell’allineamento e di verifica.
Inoltre, descriverò le attività e i risultati ottenuti durante un Pathfinder Experiment, il cui scopo principale è stato sia verificare le prestazioni di uno dei due GWSs come un sistema a sé stante, comandando lo specchio secondario adattivo di LBT, sia le nostre capacità di renderlo possibile, acquisendo esperienza per il futuro commissioning di LINC-NIRVANA, previsto per la fine del 2016.
Essendo LINC-NIRVANA una collaborazione Italia/Germania, le attività effettuate dallo scrivente e descritte in questa Tesi sono state svolte in Italia, Germania e USA (per il Pathfinder).

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Tipo di EPrint:Tesi di dottorato
Relatore:Ragazzoni, Roberto
Dottorato (corsi e scuole):Ciclo 28 > Scuole 28 > ASTRONOMIA
Data di deposito della tesi:31 Gennaio 2016
Anno di Pubblicazione:31 Gennaio 2016
Parole chiave (italiano / inglese):Adaptive Optics, LINC-NIRVANA, Pathfinder Experiment, Multi-Conjugate Adaptive Optics, Ground layer
Settori scientifico-disciplinari MIUR:Area 02 - Scienze fisiche > FIS/05 Astronomia e astrofisica
Struttura di riferimento:Dipartimenti > Dipartimento di Fisica e Astronomia "Galileo Galilei"
Codice ID:9487
Depositato il:18 Ott 2016 17:35
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