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Testado com sucesso novo laser baseado em tecnologia do ESO

31 de Agosto de 2021

Um poderoso laser experimental, baseado em tecnologia do ESO, passou um teste crucial no observatório Allgäuer VolksSternwarte Ottobeuren, Alemanha, o mês passado. O laser de óptica adaptiva, desenvolvido em colaboração com a indústria, apresenta capacidades adicionais importantes quando comparado com os sistemas já existentes. Este laser fará parte do sistema de Óptica Adaptativa de Estrela Guia Laser CaNaPy, que será instalado na Estação Óptica Terrestre da Agência Espacial Europeia (ESA) em Tenerife, Espanha, no âmbito de uma colaboração de Investigação & Desenvolvimento entre o ESO e a ESA. A maior potência deste laser, quase três vezes maior que nos sistemas atuais, abre a possibilidade de desenvolvimentos em comunicação de satélites por laser, assim como melhoramentos significativos na nitidez de imagens astronómicas obtidas por telescópios a partir do solo.

A óptica adaptativa astronómica refere-se a sistemas colocados em telescópios terrestres que corrigem os efeitos de distorção causados pela turbulência da atmosfera da Terra — precisamente o mesmo efeito que faz com que as estrelas "cintilem" no céu. Para remover estas distorções, os sistemas necessitam de uma estrela de referência brilhante, próxima no céu do objeto em estudo. Uma vez que estas estrelas sem sempre estão convenientemente colocadas no céu, os astrónomos usam lasers para excitar átomos de sódio existentes na atmosfera terrestre a uma altitude de 90 km, criando assim estrelas artificiais próximas da região em estudo, que podem por isso ser usadas para mapear e corrigir a turbulência atmosférica nessa zona do céu.

O novo laser experimental baseia-se na mesma tecnologia do ESO que está por detrás da Infraestrutura de Quatro Estrelas Guia Laser, a qual se encontra a operar com sucesso no Very Large Telescope do ESO no Chile, assim como em grande parte dos maiores observatórios astronómicos do mundo. Mas, enquanto esses lasers têm uma potência de 22 Watts, o novo laser tem quase o triplo, 63 Watts, o que corresponde a um enorme passo em frente na tecnologia laser que irá, entre outros, melhorar a nitidez das imagens de óptica adaptativa nos comprimentos de onda do visível. No âmbito de um acordo de colaboração de Investigação & Desenvolvimento com o ESO, a empresa canadiana MPB Communications — um dos parceiros industriais do ESO — conseguiu aumentar a potência da sua fonte infravermelha do “amplificador de fibras Raman”. Este é o avanço revolucionário que permite que o laser CaNaPy do ESO consiga atingir uma tal potência [1].

Adicionalmente, a companhia alemã TOPTICA Photonics AG, outro dos parceiros industriais do ESO, desenvolveu e implementou no laser CaNaPy um sistema de "variação rápida da frequência" para esta nova classe de lasers, também no âmbito de um acordo de colaboração de Investigação & Desenvolvimento com o ESO. Este sistema consiste na mudança rápida da frequência para a qual o laser está regulado, o que faz aumentar o número de átomos de sódio excitados pelo laser, tornando a estrela artificial mais brilhante e consequentemente melhorando a correção da turbulência. A TOPTICA instalou este protótipo no laser de 63 Watts e, em conjunto com o ESO, preparou tanto o laser como este sistema inovador para operar no céu.

Este novo laser experimental CaNaPy é um exemplo de tecnologia astronómica desenvolvida no ESO, em parceria com a indústria, e seguidamente transferida de volta para uso industrial, incluindo em novas áreas, encontrando-se assim aplicações para lá do seu objetivo original, o que acaba por beneficiar a sociedade como um todo. Assim, quando estiver instalado na Estação Óptica Terrestre da ESA em Tenerife, — um projeto de colaboração entre o ESO [2] e a ESA — o instrumento CaNaPy trará a ambas as organizações, ESA e ESO, oportunidades para fazer avançar o uso das tecnologias de óptica adaptativa com estrelas guia laser, não apenas na astronomia mas também na comunicação de satélites ópticos. A comunicação óptica por laser permite aos satélites receber e enviar sinais de e para a Terra em comprimentos de banda ultra rápidos, uma possibilidade que a ESA está a investigar. Os sinais ópticos laser conseguem transmitir muito mais informação do que os sinais rádio, no entanto são igualmente afectados pela turbulência atmosférica. A óptica adaptativa de estrela guia laser tem, por isso, o potencial de melhorar grandemente as ligações ópticas entre satélites e estações no solo.

Notas

[1] A MPB Communications aumentou a potência do seu amplificador de fibras Raman, que opera no infravermelho a um comprimento de onda de 1178 nanómetros, de 36 Watts, o nível normalmente usado em estrelas guia laser de sódio comerciais, para 100 Watts, um nível sem precedentes, o que permite ao CaNaPy alcançar uma onda contínua de 63 Watts de potência, operando na região do visível a 589 nm.

[2] A colaboração inclui vários institutos nos Estados Membros do ESO: Istituto Nazionale di Astrofisica, Itália; Durham University, Reino Unido; e Instituto de Astrofísica de Canarias, Espanha.

Links

• Artigo na revista Messenger sobre Desenvolvimento de lasers para estrelas guia laser de sódio no ESO
• Projeto Hydron da ESA
• Allgäuer VolksSternwarte Ottobeuren
• MPB Communications
• TOPTICA Photonics AG

Contactos

Domenico Bonaccini Calia
Physicist in the Laser and Photonics Group at ESO
Garching bei München, Alemanha
Email: dbonacci@eso.org

Juan Carlos Muñoz Mateos
ESO Media Officer
Garching bei München, Alemanha
Email: jmunoz@eso.org