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Un nuovo potente laser basato su tecnologia dell'ESO supera i test sul campo

31 Agosto 2021

Un potente laser sperimentale, basato sulla tecnologia ESO, ha superato un test chiave il mese scorso all'osservatorio Allgäuer VolksSternwarte Ottobeuren in Germania. Il laser per l'ottica adattiva, sviluppato in collaborazione con l'industria, ha importanti capacità aggiuntive rispetto ai sistemi esistenti. Farà parte del sistema CaNaPy Laser Guide Star Adaptive Optics che sarà installato presso la Optical Ground Station dell’ESA (European Space Agency) a Tenerife, Spagna, nell'ambito della collaborazione ESO-ESA Ricerca & Sviluppo. La potenza maggiore del laser, quasi tre volte superiore a quella dei sistemi attuali, apre le porte a diversi sviluppi nella comunicazione laser satellitare così come a miglioramenti significativi nella nitidezza delle immagini astronomiche catturate con i telescopi da terra.

L'ottica adattiva astronomica si riferisce a sistemi su telescopi a terra che correggono l'effetto di sfocatura causato dalla turbolenza nell'atmosfera terrestre - lo stesso effetto che fa "scintillare" le stelle viste dalla Terra. Per rimuovere le distorsioni, questi sistemi richiedono una stella di riferimento luminosa vicino all'oggetto di studio. Poiché queste stelle non sono sempre collocate in modo conveniente nel cielo, gli astronomi usano il laser per eccitare gli atomi di sodio a 90 km di altezza nell'atmosfera terrestre, creando stelle artificiali vicino al campo di interesse che possono essere usate per mappare e correggere la turbolenza atmosferica.

Il nuovo laser sperimentale è basato sulla stessa tecnologia dell'ESO che ha portato al Four Laser Guide Star Facility, che opera con successo al VLT (Very Large Telescope) dell'ESO in Cile, così come nella maggior parte dei grandi osservatori astronomici del mondo. Ma mentre quei laser hanno una potenza di 22 Watt, questo nuovo laser ha un potenza quasi tripla, di 63 Watt, un enorme balzo in avanti nella tecnologia laser astronomica che, tra le altre cose, migliorerà la nitidezza delle immagini ottenute con l'ottica adattiva a lunghezze d'onda visibili. Come parte di un accordo di collaborazione R&S con l'ESO, la società canadese MPB Communications - uno dei partner industriali dell'ESO - è stata in grado di aumentare la potenza della sorgente infrarossa dell'amplificatore Raman a fibre. Questa è la scoperta che permette al laser CaNaPy dell'ESO di raggiungere una potenza così elevata [1].

Inoltre, la società tedesca TOPTICA Photonics AG, un altro dei partner industriali di ESO, ha sviluppato e implementato nel laser CaNaPy un sistema di chirping di frequenza per questa nuova classe di laser, come parte di un accordo di collaborazione R&S con l'ESO. Il chirping consiste nel cambiare rapidamente la frequenza alla quale il laser è sintonizzato. Questo aumenta il numero di atomi di sodio stimolati dal laser, rendendo più luminosa la stella artificiale e migliorando così la correzione della turbolenza. TOPTICA ha installato il prototipo di chirping sul laser da 63 Watts e, con l'ESO, ha collaudato in cielo sia il laser che il nuovo sistema di chirping.

Il nuovo laser sperimentale CaNaPy è un esempio di tecnologia astronomica sviluppata all'interno dell'ESO, in collaborazione con il settore industriale, e poi ritrasferita all'uso industriale anche in nuovi campi, trovando così applicazioni al di là del suo scopo originale e portando benefici alla società nel suo insieme. Una volta che lo strumento della struttura CaNaPy sarà installato presso la Stazione Ottica di Terra dell'ESA a Tenerife - un progetto di collaborazione tra l'ESO [2] e l'ESA - fornirà a entrambe le organizzazioni (ESA e ESO) l'opportunità di far progredire l'uso delle tecnologie di ottica adattiva delle stelle guida laser non solo per l'astronomia ma anche per la comunicazione ottica satellitare. La comunicazione ottica laser permette ai satelliti di inviare e ricevere segnali da e verso la Terra con una larghezza di banda ultra-veloce, una prospettiva che l'ESA sta studiando. I segnali laser ottici possono trasmettere molte più informazioni dei segnali radio, ma subiscono comunque gli effetti della turbolenza atmosferica. L'ottica adattiva delle stelle guida laser ha quindi il potenziale per migliorare notevolmente i collegamenti ottici tra i satelliti e le stazioni di terra.

Note

[1] MPB Communications ha aumentato la potenza del proprio amplificatore Raman a fibre, che opera nell'infrarosso a 1178 nm, dal livello di 36 Watt normalmente usato nei laser di guida al sodio commerciali a un livello senza precedenti di 100 Watt. Questo permette a CaNaPy di raggiungere una potenza d'onda continua di 63 Watt operando a 589 nm, nel visibile.

[2] La collaborazione include diversi istituti negli Stati Membri dell'ESO: l'Istituto Nazionale di Astrofisica in Italia, la Durham University nel Regno Unito e l'Instituto de Astrofísica de Canarias in Spagna.