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Novo laser potente passa teste decisivo

O ESO aceita o primeiro laser de sódio de 22 watts para a Infraestrutura de Óptica Adaptativa

24 de Março de 2014

Um novo laser de 22 watts foi aceite dos fornecedores TOPTICA e MPB depois de quase cinco anos de colaboração e esforço permanentes (ver ann1045, ann1048, ann11039, ann12012 e ESOcast 34).Este sistema de laser fará parte da Infraestrutura de Óptica Adaptativa do Very Large Telescope do ESO (VLT) [1]. Este laser, e quatro outras unidades similares (incluindo uma sobresselente), que serão entregues mais tarde, constituem elementos chave da nova infraestrutura e a sua aceitação marca um importante passo em frente neste projeto.

Há cinco anos atrás as opções para obter lasers estáveis de elevada potência com um formato suficientemente compacto para as necessidades da Infraestrutura de Óptica Adaptativa eram muito limitadas. Mas agora, nova tecnologia, investigação e desenvolvimento dedicados mudaram esta realidade.

Após três meses de testes de aceitação no ESO, a equipa do projeto mostrou-se muito satisfeita com o desempenho do novo hardware, o qual mostra grande promessa para operar de forma simples e estável no VLT, num futuro próximo. Este facto é crucial já que estes lasers serão usados sempre que uma observação for obtida com a Infraestrutura de Óptica Adaptativa.

O design do novo laser tira também benefícios de uma técnica especial, usada para aumentar o brilho da estrela guia artificial que é criada na camada de sódio situada na atmosfera a 90 quilómetros de altitude [2]; esta é uma caraterística única que até agora nunca foi usada de modo rotineiro numa infraestrutura de observação principal.

A Infraestrutura de Óptica Adaptativa usa sensores para analisar a turbulência atmosférica. Seguidamente um espelho deformável, parte integrante do telescópio, corrige a distorção na imagem causada pela atmosfera. No entanto, é necessária uma estrela pontual brilhante para que se possa medir a turbulência, sendo que este objeto tem que estar muito próximo do alvo científico a observar.
Encontrar uma tal estrela natural é difícil. Por isso, de modo a que seja possível fazer esta correção da turbulência atmosférica em todo o céu, e para todos os possíveis alvos científicos, os engenheiros tiveram a ideia de lançar um poderoso raio laser para o céu, criando assim uma estrela artificial. Ao medir os movimentos e distorções desta estrela artificial, e executando ajustes minuciosos ao espelho deformável secundário, o telescópio consegue produzir imagens muito mais nítidas do que o que seria possível sem óptica adaptativa.

O novo laser dá 22 watts, o que parece modesto quando comparado com as lâmpadas normais da nossa casa, no entanto quando emitido como feixe coerente, o raio é muito intenso (e suficientemente poderoso para que sejam necessárias medidas de segurança especiais durante a operação). O desafio de trabalhar com estes lasers consiste em produzir radiação eficiente no comprimento de onda necessário para criar a estrela artificial [3].

O desempenho destes novos lasers, onde vez que estiverem em operação no telescópio, será de particular interesse para futuros projetos como o European Extremely Large Telescope, o qual irá usar múltiplas unidades de estrelas guia laser.

Notas

[1] O novo laser fará parte da infraestrutura de 4 Estrelas Guia Laser (4LGSF, sigla do inglês para 4 Laser Guide Star Facility), que será instalada como um subsistema da Infraestrutura de Óptica Adaptativa (AOF, sigla do inglês para Adaptative Optics Facility) no Telescópio Principal número 4 do VLT, e que fornecerá aos sistemas de óptica adaptativa GALACSI/MUSE e GRAAL/HAWK-I quatro estrelas guia laser de sódio, como fontes de referência artificiais para correções de óptica adaptativa de elevada ordem.

[2] A luz do laser consiste numa risca espectral principal centrada na transição do sódio D2a, contendo 80% da potência do raio laser e duas bandas secundárias igualmente espaçadas de cada lado da risca principal, contendo 10% da potência do laser cada uma. A frequência mais elevada das bandas laterais é ressonante com a transição do sódio D2b e combinada como outras propriedades do laser pode aumentar o brilho da estrela artificial até um factor de 2,5.

[3] Um laser de baixa potência no infravermelho emitindo a um comprimento de onda estável de 1178 nm é a primeira parte do processo. A radiação infravermelha é seguidamente amplificada num amplificador óptico de alta potência que usa o efeito Raman e enviada para uma cavidade de ressonância que duplica a energia dos fotões, produzindo o comprimento de onda desejado de 589 nm, o qual é perfeito para criar  a estrela artificial na camada de sódio.

Links

• Artigo semi-técnico sobre o desemvolvimento do laser para uso em estrelas guia laser de sódio no ESO
• Artigo técnico que trata do conceito de sistema laser
• Informação técnica adicional sobre a Infraestrutura de Óptica Adaptativa

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