Astronomia

Come impediscono alle luci dei laser guidati nell'ottica adattiva di interferire con l'immagine?

Come impediscono alle luci dei laser guidati nell'ottica adattiva di interferire con l'immagine?

Dalla ricerca amatoriale delle informazioni, non riesco a trovare alcuna menzione della configurazione dei laser quando funzionano. Da queste immagini, immagino che quei 4 laser siano appena fuori dai 4 angoli del campo visivo del telescopio. Dal momento che i laser lasciano riflessi così forti sull'attrezzatura, come fanno a evitare che quelle luci interferiscano con le immagini dei risultati? Inoltre penso che le stelle artificiali possano in qualche modo influenzare anche l'immagine finale, anche se non sono nel campo visivo, semplicemente perché sono così luminose.

Forse gli scienziati lo fanno semplicemente filtrando la lunghezza d'onda del laser nei loro risultati? Ma in questo modo non saranno nemmeno in grado di vedere le luci al sodio nelle stelle lontane.


Le stelle guida laser sono infatti al di fuori del campo visivo della scienza. Nel setup per la Modalità Wide Field dello strumento MUSE, è presente uno specchio con un grande foro al centro: la luce per lo strumento passa attraverso il foro, mentre la luce proveniente dalla parte di cielo adiacente, dove il laser guida appaiono le stelle (e anche la stella naturale che viene utilizzata come riferimento "tip-tilt" nella modalità Wide Field) viene riflessa lateralmente al sistema di ottica adattiva ("GALACSI").

Ecco una figura (dalla pagina web MUSE Instrument Description) che mostra le possibili posizioni delle stelle guida laser (LGS) e della stella tip-tilt (TTS) per la modalità Wide Field di MUSE (la TTS può essere qualsiasi stella ragionevolmente luminosa all'interno del GALACSI; non deve essere in alto a destra). Il quadrato verde è il campo visivo della scienza; l'anello grigio è la parte che viene riflessa nel sistema di ottica adattiva:

La modalità Narrow Field alternativa consente una corretta correzione AO ​​fino (in linea di principio) al limite di diffrazione del telescopio. In questo caso, tutta la luce passa attraverso l'apertura centrale, quindi uno speciale specchio dicroico riflette le lunghezze d'onda del laser in una parte di GALACSI, mentre un altro dicroico riflette tutta la luce del vicino infrarosso in una parte diversa di GALACSI, dove la luce della stella TTS (qui chiamata stella guida in asse = OGS) viene analizzata; le parti della luce ottica non riflesse dalla dicroica delle lunghezze d'onda del sodio vanno allo strumento scientifico vero e proprio.

(Vedi qui per maggiori dettagli.)

Ma sì, la luce diffusa dalle stelle guida laser è preoccupante. Ritengo che il Narrow Field Mode si occupi così di utilizzare la suddetta dicroica di lunghezza d'onda del sodio; per la modalità Wide Field, nello strumento scientifico è presente un filtro a banda stretta per bloccare la luce del laser. Entrambi gli approcci fare escludere la luce da sorgenti astronomiche con le stesse lunghezze d'onda, quindi devi pianificare la tua osservazione di conseguenza. (Ad esempio, se vuoi davvero osservare quelle lunghezze d'onda, non puoi usare le stelle guida laser.)

La figura seguente (dal manuale utente MUSE) mostra il throughput dello strumento in modalità Wide Field in funzione della lunghezza d'onda. Le curve blu e rossa mostrano le modalità secondarie che utilizzano le stelle guida laser ("AO" = ottica adattiva) e il fatto che vanno a zero per lunghezze d'onda di $sim 5700-6000$ Angstroms è dovuto al filtro utilizzato per queste modalità.


Domanda semplice: ottica adattiva

Ciao a tutti.
Cos'è l'ottica adattiva utilizzata in alcuni grandi osservatori?
In che modo è diverso dall'autoguida?
Fondamentalmente muove solo una piccola lente di bordo piuttosto che l'intero telescopio? Questo aumenta o sostituisce un'autoguida?
Se sono un principiante APer, non dovrei nemmeno chiedermelo?

#2 JSeay86

Dalla mia comprensione, è un piccolo elemento ottico che può essere piegato o leggermente rimodellato, il cui punto è correggere la turbolenza atmosferica e gli effetti visivi.

Quindi muoverebbe una piccola lente o un elemento ottico che diffrange leggermente la luce in entrata prima che raggiunga il tuo CCD o il chip di imaging.

Penso che l'idea sia di fotografare una stella o un oggetto molto vicino all'oggetto che stai riprendendo, e poi il sistema di ottica adattiva fa le sue correzioni, l'ottica adattiva viene leggermente modificata e questi effetti dall'atmosfera vengono virtualmente eliminati.

L'autoguida è una configurazione che garantisce che la montatura e il cannocchiale stiano inseguendo con precisione mantenendo una "stella guida" nella stessa posizione su un chip di imaging su lunghe esposizioni. Questo può essere fatto utilizzando una guida fuori asse che devia parte della luce in entrata dalla fotocamera principale al sensore della fotocamera autoguida. Oppure può essere fatto con un cannocchiale guida separato e più piccolo con una telecamera per autoguida collegata. Ma il principio è lo stesso: mantenere l'oggetto che stai riprendendo esattamente nella stessa posizione su una lunga esposizione in modo che le stelle e i dettagli dell'immagine non siano striati, sfocati, ecc.

Questa è la mia comprensione dell'ottica adattiva e dell'autoguida. Qualcun altro con più conoscenze probabilmente mi elaborerà o mi correggerà!

#3 ccs_ciao

- Meccanico: l'AO deve solo spostare una piccola massa, mentre l'autoguida deve regolare il movimento del motore. Potenzialmente, l'AO può essere regolato più spesso, ma questo è ancora basato sul programma di analisi dell'immagine e sulla capacità di acquisizione di fotoni dell'imager guida. Alcuni programmi di autoguida scelgono la frequenza di aggiornamento di 1 secondo (o giù di lì), ma non conosco lo scenario di AO.

- Gamma di aggiornamento: il supporto basato (dal movimento del motore) può essere una regolazione più ampia e continua anche in un tracciamento non così preciso o un allineamento perfetto. L'AO è un raggio limitato, il che significa che l'allineamento della montatura e il tracciamento devono essere buoni in primo luogo (specialmente nel caso di lunghe esposizioni).

- Qualità ottica: AO introduce elementi ottici aggiuntivi e distorce il normale percorso ottico di progettazione. Ma con il vedere come un grande distrattore, meno o un male potrebbe ancora essere accettabile.

Ho sentito che le persone usano l'AO per combattere il seeing, ma non per l'allineamento/tracking della montatura. Spero che il mio ragionamento abbia un senso.

#4 Miguel Lopes

- Gamma di aggiornamento: il supporto basato (dal movimento del motore) può essere una regolazione più ampia e continua anche in un tracciamento non così preciso o un allineamento perfetto. L'AO è un raggio limitato, il che significa che l'allineamento della montatura e il tracciamento devono essere buoni in primo luogo (specialmente nel caso di lunghe esposizioni).

- Qualità ottica: AO introduce elementi ottici aggiuntivi e distorce il normale percorso ottico di progettazione. Ma con il vedere come un grande distrattore, meno o un male potrebbe ancora essere accettabile.

Ho sentito che le persone usano l'AO per combattere il seeing, ma non per l'allineamento/tracking della montatura. Spero che il mio ragionamento abbia un senso.

#5 chupacabra

È interessante perché ho letto spesso che "l'ottica adattiva" era il punto in cui veniva cambiata la forma effettiva di una superficie ottica, di solito uno specchio. Avevo l'impressione che l'"ottica attiva" fosse la semplice deviazione di tutta la luce nel sistema mediante l'uso di uno specchio tip/tilt o di un elemento rifrattivo. Ma se leggi la pagina wiki per l'ottica adattiva. . . o ce l'hanno al contrario o molti di noi dilettanti ce l'hanno. A me, il nome "adattivo" sembra ancora più adatto per una superficie ottica regolabile che compensa la distorsione dovuta alla gravità, ecc.
pagina wiki sull'ottica adattiva

Indipendentemente da ciò, ho iniziato a utilizzare quella che chiamo ottica attiva per aiutare nella guida alcuni mesi fa. Prima che arrivasse l'attrezzatura, ho postato alcune domande a riguardo e sono rimasto sorpreso dal numero di pensieri negativi. È stato suggerito che non c'era alcun beneficio a meno che non scattassi a lunghezze focali lunghe. Sembrava che l'uso di AO come metodo di guida non fosse molto popolare.

Quindi ho avuto forse due sessioni di test e poi 3 notti di fila al Nova Sedis Star Party al Chiefland Astronomy Village. Era abbastanza ventilato e posso dirvi dall'esperienza passata con la mia montatura economica e un telescopio fisicamente lungo (4+ piedi con schermo di rugiada e macchina fotografica), che avrei dovuto tollerare stelle allungate o avrei avuto MOLTI tosser . L'unità SXV-AO ha funzionato alla grande. Oltre a gestire facilmente l'errore periodico e la deriva dovuti all'errore di allineamento polare, ha persino ridotto al minimo l'effetto delle raffiche di vento. A parte il lancio di esposizioni a causa della strana nuvola che passa sopra, con la messa a fuoco principale, ho avuto il 100% di custodi.

L'unica serie in cui ho avuto problemi è stata quando ho usato un PowerMate 2x per scattare a 2100 mm. C'era troppo vento per aspettarsi detentori al 100% con questo cannocchiale lungo. Sono piuttosto esigente e probabilmente avrei buttato giù forse 5 degli 11 sottotitoli. Dato che ho solo 110 minuti a f/15, ho deciso di usarli tutti. Ma è stata anche la dimostrazione più impressionante delle capacità del setup perché le buone esposizioni erano semplicemente sorprendenti. Questo era un esperimento e avevo sicuramente bisogno di più tempo per ridurre il rumore, ma non ero mai stato in grado di ottenere stelle così piccole prima all'interno di M27. È come se avessi il potere risolutivo di un telescopio più grande. Questo è il tipo di commento che di solito ascolti / leggi da qualcuno che di recente è passato a un supporto di fascia alta.

M27, AP140EDF @ f/15, montatura Orion Atlas, SXV-AO, 110 minuti (versione più grande)

Quindi sì, i risultati potrebbero essere notevolmente migliorati quando si riprendono lunghezze focali più lunghe. Ma quando si utilizza una montatura economica, anche a lunghezze focali più brevi, c'è un enorme miglioramento nella precisione di guida che rende più nitida l'immagine e può virtualmente eliminare i sottotitoli sprecati. Il mio obiettivo era ottenere prestazioni AP/Tak dalla mia montatura aggiungendo un po' di tecnologia. Per la maggior parte (in condizioni di calma), fa esattamente questo. Ho comprato la mia unità SXV-AO usata e non ho speso un centesimo nell'aggiornamento dell'Atlas, quindi sono ancora MOLTO avanti. Naturalmente, spero ancora di ottenere un AP900 in futuro, ma questo approccio mi farà guadagnare il tempo di cui ho bisogno per risparmiarlo.

In termini di difetti ottici dell'elemento rifrattivo nell'unità AO, non ne ho notato nessuno. C'era un po' di vignettatura facilmente gestibile dagli appartamenti, questo è tutto. Per motivi di budget, dovrò tenermi all'unità SXV-AO che ho, ma Starlight Xpress uscirà con un'unità AO con un elemento più grande che gestirà chip più grandi.

#6 Robert Starmer

Ci sono davvero due tipi di tecnologie qui. C'è la tecnologia con cui gioca la folla di astrofili dilettanti, che è uno specchio mobile o un modello piatto ottico in movimento e c'è la "vera" ottica adattiva nei megascopi scientifici. La scala amatoriale sfrutta la massa inferiore di un elemento ottico in movimento per tenere conto di turbolenze atmosferiche, inseguimento della montatura, PEC, disallineamento/inseguimento e altri errori di breve durata. Come sottolinea chupacabra, può essere facilmente collegato al sistema anche come soluzione di autoguida, e funziona ancora meglio per questo rispetto a un cannocchiale di guida separato, poiché l'input dell'autoguida può anche beneficiare del minor peso ridotto correzioni stabilizzate fuori dal sistema dall'elemento attivo. Nel grande telescopio scientifico, l'inseguimento della montatura e gli errori del vento non sono un problema così grande come la turbolenza causata dall'atmosfera e, a differenza del telescopio amatoriale su scala media (di solito < 20"), la turbolenza tende a influenzare diverse parti della luce percorso in modo diverso. Per combattere quell'errore, invece di spostare semplicemente un elemento ottico, in realtà deformano un elemento ottico. Ci sono varie configurazioni, ma fondamentalmente, il concetto è catturare il flusso di luce su uno strumento co-situato con la scienza strumento e leggono l'errore di turbolenza e deformano l'intera superficie dello specchio per compensare tale turbolenza.Lo fanno potenzialmente centinaia di volte al secondo e spesso possono praticamente eliminare gli errori introdotti dall'atmosfera, dando una visione quasi simile a un hub dalla terra.

È per questo che ora ci sono finanziamenti per telescopi terrestri di oltre 30 metri, mentre 20 anni fa si pensava che non ci fosse modo di combattere l'offuscamento introdotto dall'atmosfera.

Beneficiamo degli stessi concetti tecnologici, solo su una scala adeguata ai nostri telescopi!


Astratto

Riportiamo i risultati che sono stati ottenuti con due generazioni (Generazione I e Generazione II) di un sistema ottico adattivo laser-stella guida in grado di compensazione continua a 65-Hz (Generazione I) e 130-Hz (Generazione II) chiuso larghezze di banda del loop su un telescopio di 1,5 m. Abbiamo utilizzato un laser a vapore di rame che è stato messo a fuoco a una distanza di 10 km come stella guida laser e un sensore Shack-Hartmann a distanza controllata per azionare uno specchio deformabile a foglio continuo che controllava 149 o 241 attuatori. Abbiamo utilizzato un sensore separato a piena apertura e uno specchietto per lo sterzo per rimuovere l'inclinazione complessiva. Le prestazioni del sistema sono state misurate mediante immagini di stelle con una camera CCD ad alta risoluzione in una banda spettrale stretta centrata a 0,88 μm, da cui abbiamo calcolato funzioni point-spread, funzioni di trasferimento ottico e rapporti di Strehl. Utilizzando la stella guida laser, abbiamo ottenuto una risoluzione dell'immagine FWHM di 0,13 arcsec e un rapporto Strehl di 0,48. Utilizzando una stella guida naturale, abbiamo ottenuto un rapporto Strehl di 0,64 con una risoluzione FWHM di 0,13 arcsec. Abbiamo anche ottenuto immagini compensate della regione del trapezio in Orione in H-α luce, utilizzando solo la stella guida laser.

© 1994 Società Ottica d'America

C. E. Max, K. Avicola, J. M. Brase, H. W. Friedman, H. D. Bissinger, J. Duff, D. T. Gavel, J. A. Horton, R. Kiefer, J. R. Morris, S. S. Olivier, R. W. Presta, D. A. Rapp, J. T. Salmon e K. E.
J. Opz. Soc. Am. UN 11(2) 813-824 (1994)

D. T. Gavel, J. R. Morris e R. G. Vernon
J. Opz. Soc. Am. UN 11(2) 914-924 (1994)

Byron M. Gallese
Appl. Optare. 30(34) 5021-5030 (1991)

D. G. Sandler, S. Stahl, J. R. P. Angel, M. Lloyd-Hart e D. McCarthy
J. Opz. Soc. Am. UN 11(2) 925-945 (1994)

M. P. Jelonek, R. Q. Fugate, W. J. Lange, A. C. Slavin, R. E. Ruane e R. A. Cleis
J. Opz. Soc. Am. UN 11(2) 806-812 (1994)

Riferimenti

Non hai accesso in abbonamento a questa rivista. Gli elenchi di citazioni con link alle citazioni in uscita sono disponibili solo per gli abbonati. Puoi iscriverti sia come membro OSA, sia come utente autorizzato del tuo istituto.

Contatta il tuo bibliotecario o amministratore di sistema
o
Accedi per accedere all'abbonamento per membri OSA OS

Citato da

Non hai accesso in abbonamento a questa rivista. I link citati da sono disponibili solo per gli abbonati. Puoi iscriverti sia come membro OSA, sia come utente autorizzato del tuo istituto.

Contatta il tuo bibliotecario o amministratore di sistema
o
Accedi per accedere all'abbonamento per membri OSA OS

Figure (28)

Non hai accesso in abbonamento a questa rivista. I file delle figure sono disponibili solo per gli abbonati. Puoi iscriverti sia come membro OSA, sia come utente autorizzato del tuo istituto.

Contatta il tuo bibliotecario o amministratore di sistema
o
Effettua il login per accedere all'abbonamento per membri OSA

Tavoli (3)

Non hai accesso in abbonamento a questa rivista. Le tabelle degli articoli sono disponibili solo per gli abbonati. Puoi iscriverti sia come membro OSA, sia come utente autorizzato del tuo istituto.

Contatta il tuo bibliotecario o amministratore di sistema
o
Effettua il login per accedere all'abbonamento per membri OSA

Metrica

Non hai accesso in abbonamento a questa rivista. Le metriche a livello di articolo sono disponibili solo per gli abbonati. Puoi iscriverti sia come membro OSA, sia come utente autorizzato del tuo istituto.

Contatta il tuo bibliotecario o amministratore di sistema
o
Effettua il login per accedere all'abbonamento per membri OSA


Clicca su un'innovazione per saperne di più

Pensalo come un ultrasuono laser. La tomografia a coerenza ottica è un metodo di mappatura sotto la superficie in materiali traslucidi o opachi, come i tessuti umani. Quando il laser viene applicato, penetra nel materiale e poi rimbalza indietro quando colpisce una caratteristica del sottosuolo. Vengono registrate la profondità e l'intensità dei laser di ritorno e dai dati viene costruita un'immagine. Scansioni multiple su una regione producono un'immagine 3D.

Oltre ad essere più sicure delle tecniche di radiazione come i raggi X, le immagini risultano molto meno torbide. Quando il laser viene disperso in una direzione diversa dalla sua origine, il cambiamento di fase viene notato dal ricevitore e filtrato dall'immagine finale, producendo un'immagine molto più chiara e accurata.

Immagine rotante della scansione OCT di un polpastrello. Le linee ondulate verticali sono condotti del sudore.
Credito: gruppo medOCT, Vienna Austria

Sia i laser che le fibre ottiche sono diventati indipendentemente componenti vitali di molti settori. Quando i due vengono combinati, il loro potenziale sale alle stelle. All'interno dei cavi in ​​fibra ottica, fasci di fibre lunghe, sottili e trasparenti sono circondati da un materiale altamente riflettente. La luce entra da un'estremità, rimbalza attraverso il cavo flessibile tramite una riflessione interna totale e dall'altra verso un ricevitore ottico. Analogamente a una versione complicata del codice Morse, la luce può trasportare grandi quantità di dati su lunghe distanze, molto più dei tradizionali cavi elettrici. I laser sono spesso utilizzati come segnale luminoso in ingresso o per amplificare segnali non laser esistenti. Sebbene siano particolarmente presenti nelle telecomunicazioni e nelle reti di computer, i cavi in ​​fibra ottica che trasportano la luce laser sono stati fondamentali nelle procedure mediche in cui i laser sono necessari all'interno del corpo umano per uccidere i tumori o altre escrescenze indesiderate.

Il primo traffico telefonico in tempo reale attraverso la fibra ottica ha utilizzato laser a semiconduttore GaAs nel 1977.
Credito: http://www.flickr.com/photos/agemo/

Abbiamo tutti guardato una lunga linea della nostra immagine in un paio di specchi quasi paralleli. Le immagini si allontanano dal bordo degli specchi e diventano sempre più deboli, man mano che la luce si perde a ogni riflesso. Un buon specchio di metallo riflette solo

90% della luce visibile che lo colpisce, quindi in media la luce fa solo 10 passaggi prima di perdersi. Tuttavia, ora è possibile acquistare specchi, costituiti da pile di strati alternati disposti su una finestra molto lucida, che riflettono

99,999% della luce, in modo che la luce, in media, effettui 100.000 riflessi prima di perdersi. Tali specchi sono stati la chiave per lo sviluppo di un modo estremamente sensibile di osservare assorbimenti molto deboli, noto come Spettroscopia Ring-Down della cavità. Qui si fa passare la luce attraverso uno specchio, cosa possibile grazie all'altissima luminosità e coerenza dei laser, riempiendo di luce lo spazio tra due o più specchi. Gli specchi formano una cavità ottica proprio come una chitarra è una cavità acustica. Quando si spegne bruscamente o si impedisce alla luce laser di entrare nella cavità, l'intensità della luce che esce dalla cavità decade lentamente nel tempo e la velocità di questo decadimento può essere misurata con alta precisione. Se un gas tra gli specchi assorbe o disperde parte della luce ad ogni passaggio, la velocità di decadimento della luce aumenta. Con cura, si può rilevare un assorbimento di una parte su un miliardo (10 9 ) alla luce ad ogni passaggio della cellula. Modificando la lunghezza d'onda della luce utilizzata per eccitare la cavità ottica, si ottiene uno spettro di assorbimento di un campione con estrema sensibilità.

La spettroscopia Ring-Down della cavità si è dimostrata utile in molte applicazioni. Viene utilizzato nei laboratori per studiare nuovi composti chimici e reazioni chimiche. Gli strumenti commerciali vengono utilizzati per rilevare piccoli livelli di alcune molecole, come l'H2O o CH4 (anche a partire da parti per trilione). Tali impurità possono causare difetti nei wafer semiconduttori che possono distruggere interi chip.Viene utilizzato per monitorare i componenti in tracce, come il radicale libero OH altamente reattivo, che svolgono ruoli importanti nell'atmosfera ma sono presenti in piccoli livelli. Viene utilizzato per monitorare la complessa chimica che si verifica durante la combustione e, si spera, porterà a motori più puliti ed efficienti o in grado di gestire una gamma più ampia di combustibili. Recentemente, sono state dimostrate applicazioni mediche, come il rilevamento rapido di componenti nel respiro umano che fungono da marcatori per una serie di malattie o consentono ai medici di monitorare l'efficacia dei trattamenti.

Immagine della cella per spettroscopia Ring-Down della cavità. La cavità è mantenuta in una scatola a temperatura controllata, ma questa è stata rimossa per mostrare la cavità. Questo strumento è in grado di rilevare meno di 50 parti per trilione di metano nell'aria.
Credito: Kevin Lehmann e Haifeng Huang, Università della Virginia

James Bond ha dimostrato più di una volta il taglio laser, a partire dal 1964 in "Goldfinger" di Ian Flemmings. Anche se richiede più di un raggio da un dispositivo simile a un canone o un orologio speciale dall'abbigliamento dell'agente 007, è vero che la luce laser può tagliare sia la carta che 1 1/4 pollici di acciaio inossidabile.

I sistemi laser per il taglio di carta, pannelli di legno, tessuti, plastica o fogli di metallo utilizzano una potenza di uscita ottica laser fino a poche centinaia di watt. Questo livello di potenza è sufficiente per vaporizzare questi materiali. Nella lavorazione della lamiera, le macchine per il taglio laser sono di serie e hanno una potenza laser fino a 7 Kilowatt. Possono tagliare qualsiasi cosa, dalla lamiera, dai pezzi singoli ai lotti di piccole e medie dimensioni. Le macchine sono facilmente programmabili utilizzando i file CAD della parte desiderata e non richiedono nessun altro strumento oltre alla testa di taglio laser che opera senza contatto e usura. Con più di un milione di watt per centimetro quadrato nell'area focale del raggio laser, fonde e vaporizza parzialmente il metallo risultando in un foro aghiforme che raggiunge decine di millimetri di profondità nel materiale.

Cosa mancavano ai produttori cinematografici: per tagliare il metallo in modo efficiente è necessario un ugello per soffiare via il metallo fuso. Senza l'ugello e il gas da taglio assisteresti a un altro processo laser standard: la saldatura.

Un laser taglia rapidamente parti con molte caratteristiche e forme da un pezzo di lamiera d'acciaio. Le parti finite presentano bordi puliti e lisci.
Attestazione: TRUMPF

Hai visto e toccato merce marcata al laser migliaia di volte, ma probabilmente senza accorgertene. I laser sono utilizzati per marcare tastiere e dispositivi elettronici, cavi, interruttori e parti di automobili, strumenti medici e marchi auricolari per animali. Codificano i dati di produzione per tracciare parti difettose, dipingere loghi o scrivere etichette. A differenza dell'inchiostro, non si consuma e, a differenza della tracciatura con un ago, può segnare senza creare solchi sulla superficie del materiale. Si potrebbe dire che l'unica cosa che non fa è disegnare immagini a colori.

La marcatura laser utilizza un laser e un'unità scanner che deviano rapidamente il raggio sulla superficie del pezzo. La combinazione di accensione e spegnimento della luce laser e spostamento sopra la superficie consente di scrivere dati o disegnare grafici, come un codice a matrice di dati ad alta risoluzione. I dati possono essere generati al volo in modo tale che ogni pezzo possa essere contrassegnato con una marca temporale, un numero di serie o anche una singola bilancia a seconda dei dati di calibrazione acquisiti.

La varietà di lunghezze d'onda della luce laser disponibili, da IR a UV, consente di marcare quasi tutti i materiali, anche quelli trasparenti: vetro, ceramica, plastica, metallo, legno, ecc. I segni applicati al laser sono in genere molto durevoli perché derivano da una modifica del materiale o dalla rimozione di materiale dalla superficie.

Un laser contrassegna in modo chiaro e permanente un numero su una parte a scopo di identificazione.
Attestazione: TRUMPF

Le immagini scattate da Eadweard Muybridge nel 1872 di un cavallo al trotto gli hanno permesso di catturarlo mentre volava nell'aria. La velocità dell'otturatore della fotocamera per un oggetto così visibile è stata opportunamente impostata su un millesimo di secondo. Per gli atomi e le molecole, le scale temporali e di lunghezza sono molto diverse e, in breve, la dimensione dell'atomo è di circa 0,1 nm e gli atomi si muovono nelle trasformazioni della materia a velocità di pochi chilometri in un secondo.

Con l'invenzione dei laser, e il loro blocco della modalità, si potrebbero produrre lampi di luce con una durata di femtosecondi, un milionesimo di miliardesimo di secondo. Con questi impulsi stroboscopici illuminati su un fascio di molecole isolate è stato possibile assistere al movimento degli atomi mentre una sostanza si trasforma in un'altra. La velocità dell'otturatore era quasi dieci ordini di grandezza più veloce di quella della fotocamera di Muybridge.

Nel 1999, Ahmed Zewail di Caltech è stato insignito del Premio Nobel per lo sviluppo del campo di femtochimica. Su tale scala temporale è possibile osservare in tempo reale gli stati di transizione degli atomi in movimento e svelare i processi elementari fondamentali delle trasformazioni della materia. È anche possibile controllare l'esito delle reazioni. Attualmente, la generazione di impulsi ad attosecondi e la pletora di progressi teorici e sperimentali nella femtoscienza rappresentano le frontiere della ricerca nelle scienze atomiche, molecolari e biologiche.

Il trotto di un cavallo ripreso da una telecamera, ripresa per la prima volta nel 1872, e il movimento degli atomi nel corso di una trasformazione effettuata per la prima volta nel 1987 mediante stroboscopia laser.

Nel 1974 è stato introdotto il primo laser pubblico nello scanner BarCode che si trova nei supermercati. Gli scanner di codici a barre utilizzano un raggio laser che viene scansionato avanti e indietro così rapidamente da apparire come una linea all'occhio umano. Un fotodiodo misura l'intensità della luce riflessa dal pattern BarCode in bianco e nero, generando un segnale che viene utilizzato per misurare le larghezze delle barre e degli spazi nel BarCode.

Una confezione da 10 di gomme da masticare Wrigley è stato il primo prodotto registrato in un negozio di alimentari da uno scanner di codici a barre, il 26 giugno 1974.

Questi laser semplici e tascabili vengono utilizzati per evidenziare aree importanti durante le presentazioni e sono stati resi disponibili per la prima volta negli anni '80. Un puntatore rosso è semplicemente un diodo laser alimentato a batteria, che produce luce quando l'elettricità lo attraversa. L'ormai popolare puntatore laser verde include uno speciale cristallo che raddoppia la frequenza di un laser a infrarossi nella parte visibile dello spettro. Sembrano così luminosi perché l'occhio umano è più sensibile alla luce verde.

I puntatori laser sono generalmente utilizzati in presentazioni aziendali o educative.
Credito: High Laser

La fotolitografia è il processo di utilizzo della luce per stampare motivi su una superficie o su un wafer di silicio ed è la tecnica principale per la microstrutturazione di dispositivi elettronici (come i semiconduttori) presenti nei chip dei computer. L'attuale litografia si basa sulla luce laser nell'ultravioletto profondo prodotta da un laser ad eccimeri. La più piccola caratteristica che può essere prodotta con la fotolitografia è legata alla lunghezza d'onda della luce, che ha portato all'adozione di laser ad eccimeri per la sorgente luminosa, in quanto possono produrre grandi quantità di luce a lunghezze d'onda molto corte.

I produttori di chip per computer sono alla continua ricerca di semiconduttori più piccoli, più veloci e più efficienti. Il vantaggio di essere minuscoli è piuttosto semplice: linee più sottili significano che più transistor possono essere impacchettati sullo stesso chip. Più transistor su un chip, più veloce sarà il tuo Facebook e World of Warcraft!

Le strutture olografiche possono essere incise e incise litograficamente su chip di silicio.
Credito: LightSmyth Technologies

Il lettore laserdisc, introdotto nel 1978, è stato il primo prodotto di largo consumo a includere un laser. Sebbene questo formato non abbia mai preso piede, il compact disc (CD), introdotto nel 1982, è diventato il formato audio preferito. Il lettore CD è diventato il primo dispositivo dotato di laser prontamente trovato in casa. Il laser agisce come un preciso meccanismo di lettura del disco. Il suo raggio di luce viene riflesso dalle informazioni memorizzate sul disco in una serie di minuscole fosse. La luce riflessa colpisce un fotorilevatore, che converte le informazioni in 1 e 0 digitali che vengono ulteriormente elaborate in un segnale audio. I CD-ROM utilizzano la stessa tecnologia per memorizzare dati digitali diversi dall'audio.

Un raggio laser illumina le scanalature del CD, i modelli di luce riflessa vengono quindi letti da un dispositivo ottico che converte questi modelli in piccoli pezzi di dati chiamati bit. I bit sono assemblati nei byte che possono a loro volta rappresentare praticamente qualsiasi tipo di dato immaginabile, ad esempio immagini o suoni.

Sei mai stato abbagliato da uno spettacolo di luci laser o ammirato dall'arte olografica? I vividi colori brillanti dei laser li rendono popolari nel settore dell'intrattenimento sotto forma di spettacoli di luci laser e arte olografica. Gli spettacoli laser producono visualizzazioni visive utilizzando effetti di raggio attivando e disattivando un raggio fisso o creando effetti di raggio dinamici, inclusi ventagli di raggi colorati, sequenze di raggi, fogli di luce, coni, tunnel di raggi e alcuni effetti di reticolo di diffrazione in movimento .

Gli ologrammi vengono in genere creati riflettendo la luce laser da un oggetto e combinandola con la luce di un raggio di riferimento. Il modello di interferenza risultante viene registrato su un film, risultando in un'immagine tridimensionale apparente che cambia leggermente se vista da diverse angolazioni.

Raggi laser verdi in uno spettacolo di luci laser.
Credito: Lasertainment Productions Inc.

Modellare i bulbi oculari con la finezza di uno scultore non suona come LASIK (acronimo di Laser-Assisted in Situ Keratomileusis), ma è esattamente quello che succede. Nella chirurgia dell'occhio del laser, i medici utilizzano un raggio laser pulsato per rimodellare delicatamente la superficie della cornea (le cornee troppo piatte o appuntite causano la miopia). Riportando la cornea alla sua forma ideale, la luce che entra negli occhi viene piegata correttamente, consentendo una visione più chiara e nitida.

Il primo utilizzo di un laser in medicina avvenne nei primi anni '60, quando i medici del Columbia-Presbyterian Hospital usarono per la prima volta un laser su un essere umano, distruggendo un tumore dell'occhio della retina con un laser a rubino. L'uso dei laser in medicina è cresciuto costantemente da allora, poiché le tecnologie laser sono diventate meno costose.

Raggio laser che rimodella la cornea durante la procedura LASIK.
Credito: Risorse per la chirurgia oculare

Il "laser" o maser a microonde ha mostrato che il rumore di fondo delle microonde nell'universo è un residuo del Big Bang. Nel 1965, Arno Penzias e Robert Wilson scoprirono la radiazione cosmica a microonde usando un'enorme antenna satellitare contenente un maser costruito dai Bell Labs.

Quando hanno iniziato a utilizzare l'antenna per la ricerca astronomica, hanno scoperto che c'era un "rumore" di sottofondo, come l'elettricità statica in una radio. Questo fastidio era un segnale uniforme nella gamma delle microonde, che sembrava provenire da tutte le direzioni e che in seguito fu soprannominato "radiazione cosmica di fondo". Penzias e Wilson hanno ricevuto il Premio Nobel per la fisica nel 1978 per il loro lavoro.

Il fondo cosmico a microonde è la radiazione residua lasciata dal caldo Big Bang. La sua temperatura è estremamente uniforme in tutto il cielo. Tuttavia, piccole variazioni o fluttuazioni di temperatura (a livello di parte per milione) possono offrire una visione approfondita dell'origine, dell'evoluzione e del contenuto dell'universo.
Credito: il dipartimento di fisica della Florida State University

I laser possono essere utilizzati per misurare la distanza con una precisione estremamente elevata, utilizzando il principio dell'interferenza in dispositivi chiamati interferometri. Gli scienziati stanno ora utilizzando interferometri laser per sondare la natura fondamentale della gravità. LIGO, il Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory a Washington e Louisiana, spera di rilevare le onde gravitazionali o le increspature nel tessuto dello spazio-tempo misurando i piccoli cambiamenti appena percettibili che provocano nella distanza tra specchi separati da 4 km.

L'interferometro laser effettua una misurazione facendo rimbalzare raggi di luce laser ad alta potenza avanti e indietro tra le masse di prova in ciascun braccio del rilevatore a forma di L, e quindi interferendo tra loro i raggi dei due bracci. La leggera variazione della distanza tra le masse di prova fa sfasare i raggi laser dei due bracci l'uno rispetto all'altro e disturba la loro interferenza, rivelando così l'onda gravitazionale che passa. Questo spettacolare dispositivo di ricerca può rilevare cambiamenti nelle distanze un miliardo di volte più piccole di un interferometro commerciale, una distanza molto più piccola delle dimensioni di un protone.

Rappresentazione artistica delle onde gravitazionali. Queste onde si muovono verso l'esterno dalla sorgente in tutte le direzioni alla velocità della luce.
Credito: Laboratorio di propulsione a getto della NASA

I laser sono in prima linea nelle tecnologie legate all'energia, in particolare potenziali fonti di energia pulita come la fusione, che tenta di ricreare le condizioni del sole per generare una fonte pulita di energia nucleare. Presso il National Ignition Facility (NIF), gli scienziati hanno costruito il laser più grande del mondo nel tentativo di creare lo stesso processo energetico di fusione che alimenta il sole.

Nel 2010, il NIF concentrerà l'intensa energia di 192 laser giganti (quasi due milioni di joule di energia laser ultravioletta!) su una piccola pallina piena di idrogeno. Durante il breve periodo di attivazione dell'impulso laser (30 ns), il NIF utilizzerà un'enorme quantità di energia. La reazione di fusione risultante rilascerà energia molte volte maggiore dell'energia necessaria per la reazione.

Laser Bay 2, uno dei due alloggiamenti laser del NIF, è stato commissionato il 31 luglio 2007.
Credito: Lawrence Livermore National Security, LLC, Lawrence Livermore National Laboratory e Dipartimento dell'Energia sotto i cui auspici è stato eseguito questo lavoro.

La mappatura dei flussi di ghiaccio, il monitoraggio dei danni provocati dall'erosione provocata dalle tempeste alle spiagge, i cambiamenti lungo le coste, la misurazione delle sostanze chimiche nell'atmosfera e tutto ciò può essere effettuato con LIDAR, una tecnologia di rilevamento a distanza basata su laser. Nella tecnologia LIDAR aviotrasportata per la mappatura, sugli aerei sono montati laser in grado di registrare misurazioni di elevazione a una velocità di 2.000-5.000 impulsi al secondo. Quando l'aereo sorvola un'area particolare, ad esempio una costa, il sensore LIDAR registra la differenza di tempo tra l'emissione del raggio laser e il ritorno del segnale laser riflesso (luce riflessa dalla superficie terrestre) all'aereo.

I dati LIDAR' vengono quindi utilizzati nella mappatura o nella ricostruzione per produrre informazioni topografiche estremamente accurate. Il LIDAR non è solo relegato sulla Terra e Phoenix Lander della NASA ha utilizzato il LIDAR per rilevare la neve nell'atmosfera di Marte.

Se hai mai ricevuto una multa per eccesso di velocità apparentemente impossibile, incolpa LIDAR. Sostituendo rapidamente il radar come strumento prescelto dagli agenti di polizia, LIDAR misura la velocità di un veicolo calcolando il tempo di variazione necessario per individuare gli impulsi riflettenti di luce laser altamente focalizzata in un determinato periodo di tempo. LIDAR ha il netto vantaggio di essere in grado di individuare un veicolo in un flusso di traffico ingombrante, quindi tieni sotto controllo la voglia di velocità!

NOAA Digital Surface Models creati da LIDAR
Credito: NOAA

Un giroscopio è un dispositivo per misurare o mantenere l'orientamento, basato sui principi del momento angolare. Tipicamente consiste in una ruota rotante montata in modo che il suo asse possa girare liberamente in tutte le direzioni. I giroscopi laser ad anello sostituiscono una ruota che gira con la luce laser che viaggia intorno a un anello.

In un tipico giroscopio laser, due laser viaggiano in direzioni opposte su un percorso triangolare. Quando il giroscopio viene ruotato sul proprio asse, il percorso di rotazione di uno dei raggi laser si accorcia mentre il percorso degli altri raggi si allunga. La differenza di tempo tra i due raggi laser è la sua variazione angolare. La navigazione di aeroplani e navi, l'allineamento dei telescopi, il rilevamento dei paesaggi e le misurazioni di alta precisione richiedono tutti l'uso di giroscopi.

Schema di un giroscopio laser ad anello
Attestazione: PRÜFTECHNIK Dieter Busch AG

"Twinkle twinkle little star, come mi chiedo cosa tu sia. " quasi tutti possono ricordare questa simpatica filastrocca dei loro giorni d'infanzia e forse quelle stelle scintillanti fanno impazzire gli astronomi! Ogni volta che la luce delle stelle passa attraverso l'atmosfera, viene distorta da strati d'aria con temperature e densità diverse. Quelle che alla vista sembrano stelle nitide e luccicanti sembrano più macchie macchiate quando vengono riprese dai telescopi terrestri.

Per risolvere questo problema, gli astronomi utilizzano una tecnica chiamata ottica adattiva della stella guida laser. L'ottica adattiva appiana le rughe alla luce che causano la distorsione atmosferica, in modo che stelle, galassie e altri oggetti celesti possano essere chiaramente visualizzati attraverso i telescopi. Per funzionare, l'ottica adattiva necessita di una stella di riferimento luminosa, vicino all'oggetto astronomico di interesse. Gli astronomi usano un potente laser per creare una stella artificiale "guida laser" esattamente dove e quando ne hanno bisogno.

Utilizzano uno strato di atomi di sodio che galleggia a circa 100 km sopra la superficie terrestre, illuminandolo con un laser sintonizzato per eccitare questi atomi (lo stesso colore giallo delle lampade al sodio così comuni nei parcheggi). Gli atomi diventano fluorescenti e al telescopio sembrano una piccola stella gialla. Questa configurazione consente di riprendere l'oggetto di interesse annullando la distorsione atmosferica. (impostare)

Vista interna del sistema Gemini North Laser Guide Star in uso.
Credito: L'Osservatorio dei Gemelli

È una scena di un film familiare e raggi laser rossi luminosi attraversano un'area, proteggendo gioielli preziosi o costose opere d'arte. Ovviamente banditi mascherati tentano di entrare, con schemi grandiosi per evitare di toccare le travi.

Eppure i sistemi di sicurezza basati su laser vengono utilizzati nella vita reale! La presenza e il movimento di intrusi possono essere rilevati utilizzando un sistema di interruzione del raggio laser. In alcuni sistemi è possibile rilevare anche il numero di intrusi che attraversano un determinato raggio. L'unica differenza rispetto ai film è che i raggi laser sono invisibili quando viaggiano nell'aria. La maggior parte delle fotografie di raggi laser sono esposizioni temporali in cui il fotografo ha passato una carta lungo il raggio mentre l'otturatore della fotocamera è aperto.

Un esempio del classico effetto trave di sicurezza "laser".
Credito: laser CTA

Le pinzette ottiche utilizzano la luce laser per trattenere e ruotare oggetti microscopici, proprio come le pinzette vengono utilizzate per raccogliere oggetti troppo piccoli o delicati per essere maneggiati dalle mani umane. Quasi tutti i piccoli oggetti trasparenti possono essere tenuti con le pinzette ottiche, compresi gli esseri viventi come i batteri. Anche singole molecole possono essere manipolate attaccandole a un micron di vetro o perle di polistirene. Quando un raggio laser colpisce il tallone, la sua luce si piega ed esercita una piccola forza sul tallone, tirandolo direttamente al centro del raggio.

Questo crea una "trappola ottica" che è in grado di trattenere la piccola particella al suo centro. Le pinzette ottiche sono state utilizzate per intrappolare qualsiasi cosa, da virus, batteri e cellule viventi a piccole particelle metalliche e persino filamenti di DNA. Qual è il prossimo? Hai indovinato: forbici ottiche.

Un raggio laser focalizzato può esercitare una piccola forza sulle particelle trasparenti nel raggio. Questa forza è diretta verso la regione più luminosa del raggio e può essere abbastanza forte da intrappolare o "pinzare" particelle di dimensioni micron lì.
Credito: Gruppo di ottica, Università di Glasgow, Regno Unito

Quando effettui un ordine su Internet e vai su un sito "sicuro" per inserire i dati della tua carta di credito, fai affidamento sulla segretezza di un sistema crittografico che codifica le tue informazioni in modo che sembrino un flusso casuale di numeri a un origliatore.

Usando le proprietà quantistiche della luce, è ora possibile inviare informazioni che sono crittografate in modo quantistico e sono garantite al sicuro contro le intercettazioni dalle leggi della fisica. Utilizzando uno schema previsto negli anni '80, i singoli pacchetti di luce (fotoni) vengono inviati attraverso una fibra ottica, con le informazioni codificate nella loro polarizzazione. Il ricevitore effettua misurazioni della polarizzazione dei fotoni che riceve e, grazie alle proprietà della meccanica quantistica, può essere sicuro che nessuno abbia ascoltato la conversazione. I sistemi crittografici quantistici sono ora disponibili in commercio, ma molto probabilmente verranno utilizzati per comunicazioni molto speciali (come da banca a banca) a breve termine.

Nel 1994 un matematico, Peter Shor, dimostrò che la base matematica per tutta la nostra crittografia standard (come gli acquisti con carta di credito) potrebbe essere totalmente eliminata se potessimo costruire un "computer quantistico" e creare un computer che sfrutti alcune delle strane proprietà della tecnologia quantistica. meccanica. Sebbene siamo ancora lontani molti anni da un tale dispositivo, i laser hanno un ruolo di primo piano in molte delle tecnologie in fase di sviluppo, come i singoli ioni intrappolati dai campi elettrici. Gli stati quantistici (qubit) sono manipolati da impulsi laser accuratamente personalizzati. Un computer quantistico funzionante potrebbe eventualmente essere composto da una rete di processori più piccoli, tutti accoppiati con luce laser attraverso fibre ottiche.

Luce laser in un laboratorio di ottica quantistica.
Credito: Griffith University, Australia

La luce viaggia molto, molto velocemente. Sappiamo infatti che nulla nell'universo può muoversi più velocemente della velocità della luce nel vuoto, grazie alla teoria della relatività di Einstein. Se preferisci la lentezza e il tempo libero alla velocità, sarai felice di sapere che non c'è limite al modo in cui la luce lenta può viaggiare. Dieci anni fa, la dottoressa Lene Vestergaard Hau e un team dell'Università di Harvard sono stati i primi a rallentare la luce a circa 17 metri al secondo, utilizzando un gas ultra freddo di atomi di sodio immersi nella luce laser. Nel 2001 Hau e altri sono andati oltre e hanno momentaneamente fermato un raggio laser.

Quando la luce viaggia attraverso il materiale rallenta sempre, ma di solito di una piccola quantità, meno di un fattore due. In questi esperimenti, i ricercatori hanno utilizzato una tecnica chiamata "interferenza quantistica", ingegnerizzando la risposta degli atomi per rallentare la luce di enormi fattori. In futuro, la luce lenta potrebbe svolgere un ruolo importante nella tecnologia ottica, inclusa la possibilità di inviare e memorizzare dati, suoni e immagini utilizzando molto meno spazio e energia.

Più lento di un aereo in corsa. Utilizzando un gas di rubidio caldo, i ricercatori hanno rallentato i segnali luminosi a una velocità inferiore alla velocità di questo aeroplano.
Credito: Focus sulla revisione fisica

Come si fotografa qualcosa che accade al milionesimo di miliardesimo di secondo? È facile se hai l'attrezzatura giusta. La fotografia ultraveloce è una tecnica di imaging che utilizza impulsi laser per catturare processi che avvengono così rapidamente che non possono essere scattati con normali otturatori della fotocamera, come un elettrone che fuoriesce da un atomo. I laser hanno permesso agli scienziati di rompere la barriera dei femtosecondi, aprendo la porta all'osservazione in tempo reale dei processi fisici, chimici e biologici a livello atomico.

La risoluzione temporale è determinata dalla durata degli impulsi laser "pompa" e "sonda". Un impulso di pompa innesca una reazione e segue un impulso di sonda, che agisce come uno strobo. I flash sono utilizzati per la sincronizzazione nelle fotocamere ad alta velocità dell'otturatore, al fine di fotografare un oggetto in rapido movimento, come un proiettile, per una durata così breve da sembrare fermo. Usando impulsi lunghi al femtosecondo, il movimento di atomi e molecole può essere congelato.

Fusione dell'alluminio catturata con una velocità dell'otturatore di 300 femtosecondi (300 x 10 -15 ).
Credito: Christoph T. Hebeisen e R. J. Dwayne Miller, Università di Toronto

La designazione laser è la pratica di puntare un raggio laser su un bersaglio (illuminandolo) per contrassegnarlo per la distruzione. I più recenti designatori laser utilizzano laser a infrarossi (invisibili all'occhio umano) in modo da evitare che il punto venga notato dai bersagli e possono codificare messaggi nei loro impulsi di luce laser a scopo di verifica. Un designatore laser emette un raggio di luce laser che viene utilizzato per contrassegnare o "etichettare" un luogo o un oggetto specifico, di solito per armi a guida di precisione in campo militare, come le bombe "intelligenti".

Le bombe a guida laser hanno un sistema interno che rileva l'energia laser e guida l'arma verso il bersaglio evidenziato dal designatore laser. Quando un bersaglio è segnato, il raggio è invisibile e non brilla continuamente. Invece, vengono sparati una serie di impulsi codificati di luce laser. Questi segnali rimbalzano sul bersaglio nel cielo, dove vengono rilevati da un'arma a guida laser, che si dirige verso il centro del segnale riflesso.

Un F-16 che sgancia una bomba a guida laser.
Credito: nessun credito

Se ti chiedo come funziona il tuo orologio e ti do un minuto per confrontarlo con un buon orologio, non sarai in grado di dare un giudizio molto buono, ma puoi fare molto meglio se ti do un mese per il confronto. Più a lungo gli scienziati osservano, più precise possono essere le misurazioni. Il raffreddamento laser utilizza laser di un colore specifico per rallentare notevolmente gli atomi, consentendo infine osservazioni più lunghe e una maggiore precisione. I migliori orologi atomici del mondo, utilizzati per misurare l'ora del pianeta, utilizzano atomi raffreddati al laser.

È noto dal 19° secolo che la luce trasporta quantità di moto e può esercitare una forza su un oggetto, sia esso uno specchio o un singolo atomo. Il raffreddamento laser di un atomo è analogo a rallentare una palla da bowling facendovi rimbalzare migliaia di palline da ping pong. Ogni pallina da ping pong (o fotone) riduce leggermente la velocità della palla da bowling (atomo). Rimbalzare abbastanza di loro e la palla rallenterà sensibilmente.

Nel 1997, Steven Chu, Claude Cohen-Tannoudji e William D. Phillips hanno vinto il Premio Nobel per lo sviluppo di metodi per raffreddare gli atomi a temperature appena sopra lo zero assoluto. L'esperimento di Chu del 1985 ai Bell Labs consisteva in sei raggi laser disposti in modo tale da raffreddare gli atomi di sodio nel vuoto. La luce in tutti e sei i raggi laser era leggermente spostata verso il rosso rispetto al tipico colore assorbito da un atomo di sodio stazionario. Era come se gli atomi si muovessero in un liquido denso (sebbene fosse solo luce), da cui il nome "melassa ottica".

Il raffreddamento laser è un primo passo fondamentale nella creazione del condensato di Bose-Einstein, una forma di materia in cui gli atomi gassosi scendono tutti allo stato energetico più basso possibile. Il condensato di Bose-Einstein si verifica quando gli atomi a una particolare temperatura e densità, alla rimozione di una certa energia, entrano in sintonia l'uno con l'altro, ciascuno esattamente nello stesso stato quantico.

Raffreddamento laser e intrappolamento di atomi di litio. Un raggio atomico viene prodotto da un forno riscaldato a 330°C. Viene raffreddato longitudinalmente e gli atomi vengono catturati in una trappola magneto-ottica.
Credito: Quantum Optics Group presso il Politecnico federale di Zurigo, Zurigo.

Gli acceleratori di particelle convenzionali sono strutture voluminose, spesso lunghe chilometri, che raggiungono l'accelerazione generando enormi campi elettrici all'interno delle cavità delle microonde. Alla ricerca di acceleratori di particelle più piccoli ed efficienti, gli scienziati si sono rivolti ai laser. Soprannominato un "paser" per l'accelerazione delle particelle mediante l'emissione stimolata di radiazioni, questi acceleratori di particelle unici accelerano i fasci di elettroni usando gli stessi principi di un laser, tranne per il fatto che l'uscita è un elettrone accelerato che viaggia nella stessa direzione.

Pacchetti di elettroni vengono lanciati in una nuvola di gas eccitato. Come in un laser, il gas rilascia un gran numero di fotoni identici. Ma quei fotoni vengono istantaneamente assorbiti dagli elettroni che passano, che ricevono un calcio energetico, consentendo loro di muoversi molto più velocemente. Alcuni affermano addirittura che i laser a elettroni liberi, che richiedono l'avvio di un acceleratore di particelle, potrebbero un giorno portarci a grandi altezze, fungendo da fonte di energia per i futuri ascensori spaziali. Siamo ancora lontani molti anni dalle applicazioni quotidiane degli acceleratori laser, ma è sicuramente un campo da tenere d'occhio!

Simulazione particella in cella dell'accelerazione di particelle laser.
Credito: Centro nazionale di calcolo scientifico per la ricerca energetica e DOE


Come impediscono alle luci dei laser guidati nell'ottica adattiva di interferire con l'immagine? - Astronomia

Apparecchiature per l'imaging - Ottica adattiva

L'ottica adattiva è una tecnologia utilizzata negli osservatori professionali per eliminare gli effetti del seeing - dipende dai cambiamenti della forma dello specchio principale controllati da un computer guidato solitamente da un raggio laser che crea "stella artificiale". L'astroimager amatoriale ha accesso a unità semplificate, che generano correzioni di guida rapide inclinando un vetro otticamente piatto posizionato nel percorso della luce. Un pezzo di vetro piatto sposterà l'immagine quando si inclina a causa dell'effetto di rifrazione, ma lo spostamento non può essere troppo grande, quindi il computer emette di volta in volta correzioni guida regolari. Tre aziende realizzano tali sistemi AO: SBIG (AO8, AO9), StarlightXpress (SXVF-AO) e Orion (SteadyStar).

Ho scelto Orion SteadyStar, ho avuto una buona esperienza con altri prodotti Orion e SteadyStar era immediatamente disponibile mentre era ancora in fase di sviluppo una nuova versione di SXVF-AO (SBIG AO richiede alcune fotocamere SBIG). AO richiede una telecamera di guida sensibile, quindi ho acquistato StarlightXpress Lodestar. La prima versione del software Orion SteadyStar ha avuto problemi nel deinterlacciamento delle immagini Lodestar, l'ho segnalato a loro e l'hanno risolto in una settimana. Servizio clienti molto impressionante! Capisco che i problemi accadano, specialmente con i nuovi prodotti, dopotutto lo stesso problema di deinterlacciamento è stato segnalato anche per MaximDL e non puoi controllare tutte le combinazioni hardware su vere star. È il modo in cui i problemi vengono affrontati dal produttore che fa la differenza. Pollice in su per Orione! Assicurati di scaricare la versione più recente del software SteadyStar se intendi utilizzare Lodestar con SteadyStar AO.

Orion SteadyStar OAG è ben progettato, il prisma può essere spostato dentro e fuori e il braccio del prisma ha un adattatore con filettatura a T all'estremità, consentendo il percorso della luce guida di essere il più breve necessario. Il modo più flessibile per collegare Lodestar consiste nell'utilizzare un filetto a T su un adattatore per portaoculari da 1,25 di ScopeStuff. Lodestar è tutto un barilotto da 1,25 pollici e può essere spinto fino in fondo se necessario o spostato se necessario per la messa a fuoco. Allo stesso modo, come con TS OAG, il prisma non può essere ruotato senza ruotare l'intera unità, ma è tipico per un AO OAG.

La mia prima immagine reale con Orion AO è NGC5005. Innanzitutto, ho aggiornato il software SteadyStar: Orion rilascia aggiornamenti e miglioramenti spesso, quindi è una buona idea controllarlo prima di ogni sessione. In secondo luogo, ho fatto una bella chiacchierata con i rappresentanti di Orion al NEAF 2010 (ragazzi molto gentili e disponibili), mi hanno spiegato in dettaglio i parametri Ao e come sfruttarli al meglio. Il più importante è stato rendersi conto che la percentuale di movimento (inclinazione) dell'elemento ottico piatto è compresa tra -50% e 50%, quindi se impostassi l'unità su "bump" la montatura al segno del 45% è troppo grande e potrebbe risultare in un visibile " dossi" nella guida. La soglia ottimale è intorno al 25%. Un'altra cosa è assicurarsi che le correzioni della montatura non siano troppo grandi, non dovresti vedere un cambiamento nella guida dopo che è stata emessa una correzione della montatura. Non possono nemmeno essere troppo piccoli, ovvero l'elemento ottico deve poter tornare facilmente a un'inclinazione al di sotto della soglia, se non può, le correzioni sono troppo piccole e la guida è condannata a lungo termine. Sono molto soddisfatto del mio risultato NGC5005 (bianco e nero, ho avuto tempo solo per 24 fotogrammi di luminanza). Dopo tutta la messa a punto sono riuscito a raccogliere immagini 24x5 min con C14 a f8.8 con stelle perfettamente rotonde. Inoltre, se guardi l'esempio di guida da questa notte (immagine sotto), l'intervallo di deviazioni è +/- 0.8 pixel o 1.6 pixel totali, con il Lodestar binned 2x2 su CGE1400 a f8.8 corrisponde a un intervallo di 2 secondi d'arco, che è un ottimo risultato. La visualizzazione tipica sul mio sito è di circa 2 secondi d'arco, quindi probabilmente significa che la guida era "vedere limitata". Ora sarebbe interessante ottimizzare ulteriormente l'AO per eliminare parte della sfocatura visibile. Come puoi vedere, le correzioni DEC non modificano la precisione della guida.

Poiché la dimensione finale della stella è la misura definitiva dell'accuratezza della guida, ho misurato le dimensioni medie delle stelle su tutte le sottoesposizioni NGC5005 e ho convertito i risultati in secondi d'arco utilizzando la scala delle immagini misurate (0,365 secondi d'arco/pixel). Il diametro medio di semiflusso (HFD, o raggio di semiflusso HFR) è compreso tra 1,40 arc sec e 1,55 arc sec (1,48 in media), che corrisponde a tutta la larghezza a metà massimo (FWHM) tra 2,3 arc sec e 2,6 arc sec (media 2,47).

HFD è il diametro di un cerchio che contiene metà del flusso di "luminosità" di una stella ed è un ottimo indicatore della dimensione della stella che può funzionare anche con stelle a forma di uovo. È ampiamente utilizzato nelle applicazioni di messa a fuoco automatica. FWHM è un'altra misura della dimensione della stella che riporta semplicemente il suo diametro a metà altezza della massima luminosità (vedi la definizione esatta qui).

Ho aggiunto RGB a NGC5005 , tuttavia ho avuto solo una parte di notte per farlo, ho dovuto mantenere i colori bassi per evitare troppo rumore. L'immagine successiva era M95, solo luminanza - è stata fatta l'ultima notte serena prima del ritorno della Luna, e quindi M95 era troppo lontano a ovest. Dal 2010 ho utilizzato ampiamente Arion AO e la maggior parte delle immagini C14 ad alta risoluzione sono state realizzate con esso. Gli esempi includono M1, NGC2392, M27 e M51.


Come funziona la comunicazione laser

Quando i laser furono inventati per la prima volta, furono chiamati una soluzione alla ricerca di un problema. Tutti pensavano che fossero fantastici come il condensato di Bose-Einstein, ma nessuno sapeva cosa fare con questi dispositivi in ​​grado di produrre un raggio di luce altamente focalizzato.

Oggi i laser sono diventati una delle tecnologie più importanti al mondo, utilizzati in settori che vanno dalla tecnologia dell'informazione alle telecomunicazioni, medicina, elettronica di consumo, forze dell'ordine, attrezzature militari, intrattenimento e produzione.

Fin dai primi giorni dello sviluppo del laser, i ricercatori si sono resi conto che la luce poteva superare la radio in termini di velocità e densità delle informazioni. Si trattava di fisica. Le lunghezze d'onda della luce sono impacchettate molto più strettamente delle onde sonore e trasmettono più informazioni al secondo e con un segnale più forte. Le comunicazioni laser, una volta ottenute, sarebbero il treno proiettile per la carovana della radio [fonti: Hadhazy Thomsen].

In un certo senso, i laser sono stati usati nelle comunicazioni per anni. Trasferiamo informazioni tramite laser ogni giorno, leggendo CD e DVD, scansionando codici a barre alle casse o toccando la dorsale in fibra ottica dei servizi telefonici o Internet. Ora è all'orizzonte un approccio più diretto, che consentirà comunicazioni punto-punto ad alto throughput, su vaste distanze, attraverso l'aria o lo spazio, con poca perdita di dati.

È passato un po' di tempo per arrivare qui. Già nel 1964, la NASA accarezzò l'idea di utilizzare i laser per le comunicazioni aeree. L'idea era di convertire la voce di un pilota prima in impulsi elettrici, poi in un raggio di luce. Un ricevitore a terra invertirebbe quindi il processo [fonte: Science News Letter]. Nell'ottobre 2013, la NASA ha realizzato e superato di gran lunga questa visione quando un'astronave in orbita attorno alla luna ha inviato dati a una stazione terrestre tramite un raggio laser pulsato: 239.000 miglia (384.600 chilometri) di trasmissione a una velocità di download inaudita di 622 megabit al secondo (Mbps) [fonte: NASA]. In confronto, i piani dati dei consumatori ad alta velocità sono generalmente misurati in decine di megabit.

E alta velocità, alta densità è il nome del gioco. Per la maggior parte della sua storia, la NASA si è impegnata in audaci missioni di esplorazione solo per essere ostacolata dall'equivalente della velocità di download dial-up. Con le comunicazioni laser, l'agenzia sta entrando nell'era dell'alta velocità, aprendo le porte, tra le altre applicazioni, a trasmissioni video di alta qualità dai futuri rover.

La NASA non è sola. I crittografi e gli esperti di sicurezza considerano i laser un sistema di consegna a fascio stretto e quasi istantaneo, mentre la nuova generazione di trader ad alta frequenza di Wall Street è disposta a pagare un sacco di soldi per qualsiasi connettività che possa ridurre di qualche millisecondo i tempi di negoziazione. Anche i produttori di computer, vicini ai limiti di ciò che è ottenibile con rame e silicio, stanno studiando possibili applicazioni laser.

Quando la velocità è tutto e la luce segna il limite di velocità dell'universo, i laser sono destinati a essere la risposta, se la tecnologia può essere resa pratica.

La prossima cosa migliore per essere lì

L'obiettivo delle tecnologie di comunicazione è trasmettere informazioni in modo rapido, completo e accurato. Se hai mai cenato con un cafone, allora sai quante poche informazioni può contenere un muro di rumore se hai mai giocato al telefono, hai sperimentato come il significato può essere distorto quando viene trasmesso male.

Storicamente, le comunicazioni a lunga distanza hanno moltiplicato queste difficoltà. La trasmissione - tramite tamburo, falò, fumo, bandiera o luce - richiedeva prima la traduzione in un codice necessariamente semplice. I cavi telegrafici e il codice Morse hanno reso possibile una trasmissione complessa ma costosa, rafforzando ancora una volta la virtù della brevità.

La moderna comunicazione elettronica richiede un dispositivo di invio in grado di codificare qualsiasi dato in una forma trasmissibile e un ricevitore in grado di distinguere tra il messaggio (segnale) e l'elettricità statica della linea circostante (rumore). Teoria dell'informazione, un modello matematico introdotto dall'ingegnere statunitense Claude Shannon nel 1948, ha fornito il quadro che alla fine ha risolto questo problema e reso possibili tecnologie come il telefono cellulare, Internet e il modem [fonte: National Geographic].

In linea di principio, i sistemi di comunicazione laser assomigliano ai modem che abbiamo usato nelle nostre case dall'avvento di Internet. Modem sta per MODulation-DEModulation, un processo in cui le informazioni digitali vengono convertite in analogiche per la trasmissione e poi di nuovo indietro. I primi modem acustici utilizzavano le onde sonore per la trasmissione su linee telefoniche. I modem ottici si spostano dal suono a una parte dello spettro a frequenza più elevata, la luce.

Non è un concetto del tutto nuovo. I dispositivi audiovisivi con audio ottico, come molti lettori DVD, utilizzano un dispositivo simile a un modem chiamato a modulo di trasmissione per convertire i segnali digitali in luce LED o laser, che poi viaggia lungo il cavo in fibra ottica verso un componente di destinazione come un televisore o un ricevitore audio. c'è modulo di ricezione della luce riconverte la luce in un segnale elettrico digitale adatto per altoparlanti o cuffie.

Il proof-of-concept della NASA Dimostrazione di comunicazione laser lunare (LLCD), sviluppato dal Lincoln Laboratory del MIT, utilizza un sistema simile, ma rinuncia alla fibra a favore della trasmissione laser attraverso l'aria e lo spazio (a volte chiamata comunicazione ottica nello spazio libero, o UST). LLCD utilizza tre componenti:

  1. Un modulo modem (MM)
  2. Un modulo ottico (OM), che invia e riceve raggi laser modulati tramite un telescopio da 4 pollici (10 centimetri)
  3. Un modulo dell'elettronica del controller (CE) che unisce i primi due. Il CE collega anche l'LLCD all'orbiter, al Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE) della NASA, e svolge compiti vitali come il sequenziamento, la stabilizzazione e l'inoltro di comandi e telemetria [fonti: Britannica NASA NASA].

Con il successo dell'esperimento, il futuro delle comunicazioni laser è diventato un po' più luminoso, ma esiste un mercato per tale tecnologia al di fuori dell'agenzia spaziale? Scommetti che c'è.

La fibra ottica, resa pratica per la prima volta dal fisico britannico Harold Hopkins nel 1952, ha gradualmente superato il cavo elettronico poiché la tecnologia è stata migliorata da laser sintonizzabili più precisamente e fibre di qualità superiore. Oggi è la tecnologia di riferimento per le comunicazioni, almeno fino a quando la comunicazione FSO non diventerà più efficiente ed efficace. La tecnologia, che trasmette dati utilizzando impulsi luminosi fatti rimbalzare lungo un cavo di plastica o vetro riflettente internamente, può trasportare più informazioni al secondo, per distanze maggiori e senza degradazione, rispetto agli impulsi elettrici lungo i fili di rame [fonte: National Geographic Thomsen].

Applicazioni di comunicazione laser: dallo spazio a Wall Street

Le comunicazioni laser possono essere un vantaggio per l'esplorazione dello spazio, ma attività molto più terrene determineranno il suo destino come tecnologia commerciale.

Prendiamo, ad esempio, la razza emergente di trader ad alta velocità di Wall Street che sfruttano il potere dell'analisi quantitativa, la velocità della banda larga premium e una molteplicità di microtransazioni per accumulare guadagni un centesimo alla volta. Per un'azienda basata su "robo-trader", algoritmi informatici che effettuano operazioni al millisecondo secondo una serie di regole, il tempo di trasmissione è denaro e i laser sono il gioco più veloce in città [fonti: Adler CBS News Strasburg].

Per ottenere il massimo da ogni operazione, aziende come Spread Networks hanno investito nella migliore fibra disponibile e hanno tagliato ogni nodo e curva possibile dai tubi dati che collegano capitali commerciali come Chicago, New York, Londra e Tokyo (ogni miglio in più aggiunge circa otto microsecondi ai dati round-trip). Quando ciò non fu abbastanza veloce, altri gruppi, come McKay Brothers e Tradeworx, misero da parte le fibre ottiche in favore delle microonde irradiate nell'aria. Sebbene solo un gradino sopra la radio in termini di potenza e velocità, le microonde viaggiano più velocemente nell'aria di quanto la luce passi attraverso le fibre ottiche [fonti: Adler Strasburgo].

I laser potrebbero potenzialmente registrare le velocità più elevate di tutta la velocità della luce attraverso l'aria è quasi veloce come nel vuoto e potrebbero attraversare le 720 miglia (1.160 chilometri) che separano New York e Chicago in circa 3,9 millisecondi - un viaggio di andata e ritorno ( aka latenza) di 7,8 millisecondi, rispetto a 13,0-14,5 millisecondi per i nuovi sistemi in fibra ottica e 8,5-9,0 millisecondi per i trasmettitori a microonde [fonte: Adler].

Nella sfera della sicurezza, i laser e altri sistemi di comunicazione ottica offrono comunicazioni più sicure e i mezzi per intercettarli. La crittografia quantistica sfrutta una proprietà della fisica quantistica, vale a dire che una terza parte non può rilevare lo stato quantistico della chiave di crittografia fotonica senza alterarla e, quindi, essere rilevata, per stabilire comunicazioni altamente sicure utilizzando fasci di fotoni creati da laser attenuati [fonti: Grant Waks et al.]. Nell'autunno del 2008, i ricercatori di Vienna hanno iniziato a sperimentare un Internet quantistico basato in parte su questo principio [fonte: Castelvecchi]. Sfortunatamente, i laser sono stati utilizzati anche per intercettare e falsificare tali segnali in modo non quantistico, aggirando così il rilevamento. Le società di crittografia quantistica stanno lavorando per affrontare il problema [fonti: Dillow Lydersen et al.].

In effetti, i principali svantaggi delle comunicazioni laser all'interno dell'atmosfera hanno a che fare con l'interferenza di pioggia, nebbia o sostanze inquinanti, ma dati i vantaggi della tecnologia, è improbabile che questi problemi fermino il progresso in avanti della tecnologia. Quindi, letteralmente o figurativamente, il cielo è il limite per le tecnologie di comunicazione laser.

Le comunicazioni dati ad alta velocità possibili tra le reti sono solo la punta dell'iceberg di ciò che è possibile con le comunicazioni laser, molte delle quali derivano dalla mancanza di connessione fisica richiesta. Le travi possono collegare chip di computer all'interno di computer, attraversare terreni e strade senza richiedere il diritto di passaggio o la proprietà ed essere erette come reti temporanee durante le battaglie o in condizioni di disastro. Possono fornire ridondanza di rete, connettere reti ottiche esistenti o portarci più vicini all'infrastruttura di dati vocali convergenti, il tutto con alta velocità, bassi tassi di errore e immunità alle interferenze elettromagnetiche [fonti: Carter e Muccio Markoff].


Mirini laser a infrarossi - Laser IR

Un'altra opzione che potresti incontrare quando selezioni un mirino laser sono i laser IR. Un Laser a infrarossi è destinato all'uso con dispositivi di visione notturna. La visione notturna intensifica la luce per fornire un'immagine e, sebbene possano darti un'ottima visuale in situazioni di scarsa illuminazione, richiedono almeno un po' di luce ambientale per funzionare. La luce delle stelle o della luna è generalmente sufficiente per darti una vista fantastica, ma al chiuso o in aree di assoluta oscurità dovrai integrare la luce ambientale per vedere attraverso la visione notturna. Le torce elettriche sono un ottimo modo per avere una visione migliore al buio, ma rivelano la tua posizione. La luce a infrarossi è invisibile ad occhio nudo, ma darà ai tuoi occhiali per la visione notturna molta luce per vedere nelle situazioni più buie.

I laser IR ti consentono di vedere senza essere visto, ma sono limitati per l'uso da parte delle forze dell'ordine e dei professionisti militari perché avere un laser IR lampeggiante negli occhi può causare danni permanenti, forse anche parzialmente accecanti. Sebbene non siano l'ideale per la difesa in casa, in situazioni di combattimento sono un modo eccezionale per ottenere un vantaggio tattico su un nemico.


Tavolo 2

Parametro e loro valori per la stima di np.

ParametroValore
Lunghezza d'onda del segnale laser, B 0,355 μm
Trasmissione unidirezionale dell'atmosfera tra telescopio e faro (a 10 km e 45 gradi), T A 0.36
Parametro di retrodiffusione di Rayleigh, B N ( z ) a27,2 fotoni per milione di metri
Lunghezza del gate della gamma ricevuta, z 400 m
Intervallo al centro della porta di gittata, z 10 km
Potenza laser10 W
Frequenza di ripetizione dell'impulso 10 4 Hz
Energia dell'impulso, E 10 − 3 J
Trasmissione del percorso laser all'apertura di proiezione, T L 0.8855
Dimensione della sottoapertura alla pupilla d'ingresso del telescopio, d 0,181 m
Trasmissione del percorso laser dallo specchio primario a WFS, T 0 0.6025

a Il prodotto dei due parametri σBN(z) è stato ottenuto da Hardy.4

La Figura 5 mostra la geometria di visualizzazione del raggio laser. Si può notare che l'allungamento progredirà in direzione radiale dall'asse di proiezione. Considerando una situazione ideale in cui non c'è allungamento, troviamo da Zemax Optical Design Software che il diametro della dimensione dello spot di un singolo lenslet dell'immagine lenslet array-Shack-Hartmann wavefront sensor (SHWFS) (fare riferimento a WFS in Sez. 2.3) sull'immagine La telecamera WFS deve essere 36 μ m utilizzando la subroutine della sezione trasversale Zemax FFT PSF. Supponendo che lo spot sia simmetrico e di natura gaussiana, lo equivaliamo al cutoff di 6 σ org (cioè ± 3 σ org range), dove σ org è la deviazione standard della dimensione dello spot senza alcun allungamento. Per una dimensione pixel di 24 - μ m della fotocamera, otteniamo


3. Risultati

3.1. Un esempio rappresentativo di ottimizzazione NS-AO

La Figura 1 mostra un tipico miglioramento della metrica della qualità dell'immagine CVR&C rispetto al numero di fotogramma in blu in un occhio modello 20 D a 10° fuori asse, utilizzando l'algoritmo NS-AO nell'oftalmoscopio AO umano.

Miglioramento della metrica della qualità dell'immagine CVR&C in una tipica corsa NS-AO con un occhio modello 20 D 10° fuori asse, utilizzando l'oftalmoscopio umano AO flood. SOPRA: la qualità dell'immagine (tracciato con linee blu) viene tracciata rispetto al numero di fotogramma. Il numero totale di frame è 580 in questo esempio. Vengono utilizzate quattro iterazioni, separate da linee nere verticali. Anche i corrispondenti termini di Zernike (grafico scala nera) vengono tracciati rispetto al numero di telaio. Il miglior valore di qualità dell'immagine in ogni iterazione è affiancato da linee tratteggiate rosse (inizialmente a 1.0) per mostrare il miglioramento della qualità dell'immagine nel tempo. SOTTO: rappresentazione a frame singolo delle immagini iniziali e finali. Dimensione del ROI:

La durata totale di questo particolare esempio è

27 secondi alla velocità di acquisizione dei fotogrammi di 25 Hz. Vengono mostrati un totale di 580 frame corrispondenti a 4 iterazioni. Sia la qualità dell'immagine (grafico a linee blu) che i corrispondenti termini di Zernike (grafico a scale nere) vengono tracciati rispetto al numero di fotogramma per un migliore confronto. Il valore della metrica della qualità dell'immagine è stato normalizzato rispetto al valore iniziale, che è uguale a 1,0 nel grafico a linee blu. I migliori valori di qualità dell'immagine di ogni iterazione sono uniti da linee tratteggiate rosse, che indicano il miglioramento della qualità dell'immagine nel tempo. (Va notato che idealmente, la migliore qualità dell'immagine in un'iterazione sarebbe il punto di partenza dell'iterazione successiva. Tuttavia, questo non è necessariamente il caso nel grafico sopra, probabilmente a causa dell'isteresi nello specchio deformabile.) In generale , l'ottimizzazione di un termine di Zernike è stata raggiunta entro

6 prove in media. Questo può essere calcolato dividendo il numero di frame (es. 580 in questo caso) per il prodotto dei termini di Zernike (25) in ogni iterazione e il numero di iterazioni (4) – 580/(25*4) 𢒆 .

Per un confronto soggettivo della qualità dell'immagine, sotto il grafico vengono mostrate anche le immagini iniziali e finali corrispondenti (fotogramma singolo). I singoli fotogrammi vengono visualizzati a causa di livelli di luce restituiti sostanzialmente più elevati e, di conseguenza, di un rapporto segnale/rumore più elevato nell'occhio del modello. Inoltre, poiché non c'era movimento oculare, non poteva verificarsi una media basata sul movimento della macchiolina laser. Per questi motivi, la media di più fotogrammi ha prodotto una qualità dell'immagine simile.

3.2. Confronto delle metriche di qualità dell'immagine per NS-AO

Figure 2 e ​ e 3Fig. 3 mostrano l'energia radiale media dalla trasformata di Fourier della ROI (presa dal centro del campo completo) in un occhio modello 60 D a 10° fuori asse, con le 3 metriche dell'immagine definite sopra. I valori sono normalizzati all'immagine non corretta a ciascuna frequenza spaziale per un migliore confronto. La frequenza spaziale in cicli/mm è mostrata sull'asse orizzontale. Per la visualizzazione è stato applicato un cut-off di frequenza di 270 cicli/mm, che corrisponde al limite di diffrazione dell'occhio del modello 60 D quando ripreso su una pupilla di 3,75 mm con una luce di 670 nm.

Confronto delle prestazioni di diverse metriche di qualità dell'immagine per l'imaging NS-AO con un'immagine contenente dettagli spaziali orientati orizzontalmente. Le immagini sono state ottenute da un occhio modello 60 D, 10° fuori asse. Pannello SINISTRO: grafico del rapporto che mostra l'energia radiale media normalizzata dalla trasformata di Fourier delle immagini mostrate a destra. I risultati sono stati normalizzati rispetto all'immagine non corretta (ottenuta senza AO), rappresentata come una linea tratteggiata orizzontale a 1.0. Pannelli DESTRO: le immagini corrispondenti. Tutte le immagini sono state allungate per riempire la loro mappa dei colori a scopo di visualizzazione. Imaging λ: 670 nm, dimensione della pupilla: 3,75 mm. Dimensione del ROI:

Confronto delle prestazioni di diverse metriche di qualità dell'immagine per l'imaging NS-AO con un'immagine contenente dettagli spaziali verticali e orizzontali. Le immagini sono state ottenute da un occhio modello 60 D, 10° fuori asse, con diverse caratteristiche dell'immagine nella ROI. Pannello SINISTRO: grafico del rapporto che mostra l'energia radiale media normalizzata dalla trasformata di Fourier delle immagini mostrate a destra. I risultati sono stati normalizzati rispetto all'immagine non corretta (ottenuta senza AO), rappresentata come una linea tratteggiata orizzontale a 1.0. Pannelli DESTRO: le immagini corrispondenti. Tutte le immagini sono state allungate per riempire la loro mappa dei colori a scopo di visualizzazione. Imaging λ: 670 nm, dimensione della pupilla: 3,75 mm. Dimensione del ROI:

In Fig. 2, la ROI era centrata su una striscia di inchiostro. Come risultato della nitidezza dell'immagine da NS-AO, le informazioni di frequenza spaziale più bassa (< 25 cicli/mm) da tutte le metriche hanno contribuito proporzionalmente meno all'energia complessiva (quantità di informazioni a una data frequenza), mentre il le restanti informazioni sulla frequenza spaziale hanno contribuito in proporzione di più.

Alla gamma di frequenze medie (50-125 cicli/mm), l'immagine ottenuta utilizzando la metrica FFT è visto possedere la più grande energia tra le tre metriche. Tuttavia, alla gamma delle alte frequenze (> 150 cicli/mm), le metriche CVR&C possiede la maggiore quantità di energia. D'altra parte, metrica CVUNioio ha la minor quantità di energia su quasi tutte le frequenze spaziali. L'effetto pratico di ciò è anche soggettivamente evidente quando si confrontano le immagini corrispondenti in Fig. 2, che mostra FFT e CVR&C danno la qualità dell'immagine simile, mentre i dettagli della frequenza spaziale più alta (punti luminosi) sembrano risolti meglio da CVR&C.

In Fig. 3, la ROI era centrata su una croce, che conteneva informazioni spaziali in entrambe le direzioni orizzontale e verticale. In contrasto con la Fig. 2, il grafico per la metrica FFT in realtà contiene la minima energia su quasi tutte le frequenze spaziali, indicando l'incoerenza di questa metrica. D'altra parte, sebbene i grafici di CVR&C e CVUNioio sembrare simile, CVR&C possiede un'energia leggermente superiore, in particolare per frequenze > 80 cicli/mm, che è coerente con il risultato in Fig. 2 . Anche l'esame soggettivo delle immagini corrispondenti in Fig. 3 mostra che CVR&C ha prodotto l'immagine più nitida, mentre FFT ha portato all'immagine peggiore. Va notato che FFT metrica ha cercato di ottimizzare l'energia media nell'intervallo di frequenza indicato. Quindi non è necessario che ottimizzi l'energia all'estremità dello spettro ad alta o bassa frequenza. Nel caso della Fig. 2 almeno questo approccio sembra aver avuto successo, in quanto l'energia è maggiore se considerata come una media attraverso lo spettro. Abbiamo anche sperimentato un approccio simile in cui abbiamo considerato solo la porzione di frequenza più alta dello spettro (non tracciata/discussa), che abbiamo trovato generalmente meno robusta e non abbiamo esplorato ulteriormente.

Sebbene non mostrato sopra, abbiamo anche confrontato le prestazioni delle tre metriche sull'asse con l'occhio del modello 60 D. I risultati hanno suggerito prestazioni simili con tutte e tre le metriche nelle frequenze spaziali basse e medie (< 180 cicli/mm). Ad alte frequenze spaziali (> 180 cicli/mm), metrico FFT ha portato alla peggiore qualità dell'immagine, mentre la metrica CVR&C ha portato a una qualità leggermente migliore di CVUNioio. Inoltre, i miglioramenti della qualità dell'immagine offerti dalla metrica CVR&C al di sopra di CVUNioio era più evidente durante l'imaging dell'occhio modello fuori asse (non mostrato) con il nostro oftalmoscopio AO a flusso umano, che ha una pupilla di 7,6 mm e quindi una maggiore quantità di aberrazione alla stessa eccentricità rispetto all'oftalmoscopio AO a flusso di ratto.

Grazie alla sua consistenza e alla migliore qualità dell'immagine risultante ad alte frequenze spaziali, CVR&C è stata scelta come nostra metrica di qualità dell'immagine per i successivi esperimenti NS-AO mostrati di seguito.

3.3. Confronto tra WFS-AO e NS-AO negli occhi del modello

Usando CVR&C come metrica di qualità dell'immagine per l'imaging NS-AO flood, abbiamo confrontato la qualità dell'immagine di NS-AO con WFS-AO negli occhi del modello 60 D e 220 D, mostrati nelle Figg. 4 e ​ e5Fig. 5 . Il segnale di rilevamento del fronte d'onda per l'immagine WFS-AO è stato posizionato al centro della ROI mostrata.

Confronto della qualità dell'immagine tra le immagini WFS-AO e NS-AO in un occhio modello 60 D in asse. SINISTRA: grafico del rapporto che mostra l'energia radiale media dalla trasformata di Fourier delle immagini WFS-AO e NS-AO, normalizzata all'immagine non corretta, che è rappresentata da una linea orizzontale punto-tratteggiata a 1.0. Pannelli DESTRO: le immagini corrispondenti. La freccia bianca indica il centro della posizione del beacon WFS nell'immagine WFS-AO. Tutte le immagini sono state allungate per riempire la loro mappa dei colori a scopo di visualizzazione. Rilevamento del fronte d'onda e imaging λ: 670 nm, dimensione della pupilla: 3,75 mm. Dimensione del ROI:

Confronto della qualità dell'immagine tra WFS-AO e NS-AO in un occhio modello 220 D in asse. SINISTRA: grafico del rapporto che mostra l'energia radiale media dalla trasformata di Fourier delle immagini WFS-AO e NS-AO, normalizzata all'immagine non corretta, che è rappresentata da una linea orizzontale punto-tratteggiata a 1.0. Pannelli DESTRO: le immagini corrispondenti. La freccia bianca indica il centro della posizione del beacon WFS nell'immagine WFS-AO. Tutte le immagini sono state allungate per riempire la loro mappa dei colori a scopo di visualizzazione. Rilevamento del fronte d'onda e imaging λ: 670 nm, dimensione della pupilla: 3,75 mm. Dimensione del ROI:

Simile alle Figg. 2 e ​ e3 3 ​ 3, , l'energia radiale media dalla trasformata di Fourier delle immagini viene tracciata rispetto alla frequenza spaziale in cicli/mm. I valori vengono normalizzati all'immagine non corretta per un migliore confronto. Un cut-off più alto di 1000 cicli/mm è stato applicato per il grafico dell'occhio modello 220 D, poiché corrisponde al suo limite di diffrazione quando ripreso su una pupilla di 3,75 mm con luce di 670 nm.

Come si vede dal grafico in Fig. 4, le tracce WFS-AO (linea blu) e NS-AO (linea rossa) sono simili per la maggior parte dell'intervallo di frequenza spaziale mostrato. Tuttavia, nell'occhio del modello più potente in Fig. 5, NS-AO restituisce un contributo relativo più elevato a frequenze spaziali medie (

250 - 680 cicli/mm). Ciò è confermato dall'ispezione soggettiva delle caratteristiche più fini nelle immagini corrispondenti ( Fig. 5 ), che ha mostrato che l'immagine WFS-AO è più nitida al centro, ma più sfocata ai bordi, mentre l'immagine NS-AO è più nitida a i bordi. Una spiegazione per quanto sopra è la potenziale mancata correzione di errori di percorso residui non comuni nel braccio di rilevamento del fronte d'onda del sistema [10], che interessano WFS-AO ma non NS-AO che bypassa l'SHWS. Tuttavia, è più probabile che ciò sia dovuto a una patch isoplanatica più nettamente limitata in WFS-AO nell'occhio ad alta potenza, poiché abbiamo posizionato il faro al centro della ROI (frecce bianche), mentre in NS-AO il nostro selezionato Il ROI era sostanzialmente più ampio, il che ci si aspetterebbe darebbe luogo a un isoplanatismo più piatto che si estendeva al di fuori del ROI [26].

Successivamente abbiamo confrontato la soluzione di Zernike della correzione NS-AO con l'errore iniziale del fronte d'onda pre-correzione misurato con l'SHWS ed espresso in forma modale di Zernike. I coefficienti di Zernike corrispondenti alle immagini NS-AO e non corrette nelle Figg. 4 e ​ e5 5 ​ 5 sono mostrati in Fig. 6 per entrambi gli occhi del modello 60 D e 220 D, in asse. Come mostra la Fig. 6, la grandezza della maggior parte dei coefficienti di Zernike è simile tra i casi NS-AO e non corretti per l'occhio 60 D, con una crescente divergenza tra i due termini apparenti di ordine superiore nell'occhio 220 D (es. aberrazione sferica, nell'occhio 220 D).

Coefficienti di Zernike su una pupilla di 3,5 mm per gli occhi del modello 60 D (in alto) e 220 D (in basso) in asse. Questi corrispondono alle immagini NS-AO (blu) e non corrette (verde) nelle Figg. 4 e ​ e5 5 ​ 5, , con sfocatura (termine 4) azzerato. Per il caso NS-AO, i coefficienti mostrati sono dopo il processo di ottimizzazione. Il caso “-SHWS” mostra i coefficienti di Zernike pre-correzione misurati dall'SHWS, con i loro segni invertiti per il confronto con il caso NS-AO.

Si noti che è stata utilizzata una dimensione della pupilla di 3,5 mm (invece di 3,75 mm) per l'adattamento dei termini di Zernike, per ridurre al minimo gli effetti del bordo dall'adattamento dei termini di Zernike vicino al bordo della pupilla. Inoltre, la sfocatura (termine di Zernike 4) è stata esclusa dai grafici poiché non ci aspettiamo necessariamente che corrispondano a causa del percorso non comune tra la telecamera retinica e l'SHWS.

Sebbene le immagini WFS-AO siano state utilizzate come gold standard della qualità dell'immagine nel nostro studio, la fedeltà dell'imaging WFS-AO può essere compromessa quando i punti SHWS sono distorti o generalmente di scarsa qualità. Ciò è illustrato in Fig. 7, dove l'occhio del modello 60 D è ruotato di 10° fuori asse. La qualità dell'immagine WFS-AO in Fig. 7 (b) appare più scadente a causa della qualità spot degradata. Tuttavia, l'RMS residuo riportato è rimasto apparentemente buono a

0,06 µm, che potrebbe essere fuorviante quando le posizioni dei punti deformati vengono modellate utilizzando semplici centroidi. Gli spot SHWS non distorti da un occhio modello 60 D sull'asse sono mostrati anche in Fig. 7 (c) per il confronto. D'altra parte, l'imaging NS-AO non richiede input SHWS ed è quindi immune ai fattori che degradano la qualità dello spot SHWS. Questo può essere visto nell'analisi di Fourier e nelle immagini corrispondenti in Fig. 7, dove l'immagine NS-AO appare più nitida della sua controparte WFS-AO.

3.4. Imaging NS-AO di occhi umani e di ratto

I risultati di cui sopra dimostrano la capacità del nostro algoritmo NS-AO di visualizzare gli occhi del modello a varie eccentricità. Questo approccio sembra avere vantaggi per gli occhi ad alta potenza. Qui presentiamo i risultati di in vivo Imaging NS-AO di occhi umani e di ratto ottenuti utilizzando rispettivamente i nostri oftalmoscopi AO umani e di ratto. La Figura 8 mostra il ROI utilizzato per l'ottimizzazione NS-AO a due diverse eccentricità dall'occhio sinistro di un soggetto umano sano, in media da 100 fotogrammi. A 0.75° inferiore alla fovea, i coni più grandi sono ben definiti nella metà inferiore della ROI, mentre i coni più piccoli vicino al centro della fovea nella parte superiore della ROI sono meno ben risolti. A 2° temporali rispetto alla fovea, quasi tutti i coni sono ben definiti all'interno della ROI.

Immagini NS-AO ottimizzate di coni retinici nell'occhio sinistro dilatato di un soggetto umano con il nostro oftalmoscopio AO ad alluvione umano, in media da 100 fotogrammi. SINISTRA: 0.75° inferiore alla fovea (fovea verso la parte superiore dell'immagine). DESTRA: 2° temporale rispetto alla fovea (fovea verso sinistra dell'immagine. Le immagini sono state allungate per riempire la loro mappa dei colori a scopo di visualizzazione. Imaging λ: 750 nm, dimensione della pupilla: 7,6 mm. Dimensione ROI:

Oltre ai coni, abbiamo anche tentato di dirigere l'algoritmo NS-AO per l'immagine dei vasi sanguigni nella posizione temporale 2° spostando inizialmente la sfocatura sullo strato dei vasi sanguigni, ottenuta spostando assialmente la telecamera retinica. Tuttavia, l'algoritmo NS-AO implementato tendeva a “lock on” automaticamente sui coni durante il processo di ottimizzazione, probabilmente a causa del fatto che i coni hanno un contrasto molto migliore rispetto ai vasi sanguigni alla lunghezza d'onda di imaging di 750 nm.

Oltre all'imaging dell'occhio umano, abbiamo anche tentato l'NS-AO sull'occhio del ratto utilizzando l'oftalmoscopio AO a flusso di ratto. Non è stato utilizzato alcun agente di aumento del contrasto e abbiamo mirato all'immagine dei vasi sanguigni attraverso l'assorbimento intrinseco dell'emoglobina, utilizzando una luce di 532 nm. Un esempio di immagine combinata NS-AO/HiLo di un vaso sanguigno di ratto largo 10 µm per è mostrato in Fig. 9 (media di 25 fotogrammi). L'imaging NS-AO/HiLo fornisce un miglioramento significativo rispetto all'immagine non corretta. Il vaso sanguigno può essere meglio delineato.

10 µm di diametro nell'occhio del ratto prima della correzione AO ​​(SINISTRA) e dopo l'ottimizzazione mediante NS-AO con imaging HiLo (DESTRA), media di 25 fotogrammi. Le immagini sono state allungate per riempire la loro mappa dei colori per scopi di visualizzazione. Imaging λ: 532 nm, dimensione della pupilla: 3,75 mm. Dimensione del ROI:


Come impediscono alle luci dei laser guidati nell'ottica adattiva di interferire con l'immagine? - Astronomia

Oggi ho intenzione di fare un piccolo tour guidato attraverso il percorso ottico di Celluon. Questo motore ottico è stato sviluppato da Sony probabilmente sulla base del lavoro precedente di Microvision e utilizzando lo specchio di scansione di Microvision. Farò un “tour” delle ottiche e poi darò qualche commento su ciò che vedo in termini di efficienza (perdita di luce) e costo.

Facendo riferimento all'immagine sopra e iniziando con i laser in basso, ce ne sono 5 (due ciascuno di rosso e verde e uno blu) che sono in uno chassis di metallo (e non visibili nell'immagine). Ogni laser va al proprio set di lenti di diffusione e allineamento del raggio. Queste lenti ingrandiscono il diametro di ciascun raggio laser e vengono incollate in posizione dopo l'allineamento. Notare che i raggi a questo punto sono diffusi più ampi della dimensione dello specchio di scansione e saranno convergenti/concentrati più tardi nell'ottica.

Nota a margine: Uno dei motivi per diffondere i raggi laser più grandi dello specchio di scansione è ridurre la precisione richiesta ai componenti ottici (realizzare ottiche di alta precisione molto piccole senza difetti o estremamente piccoli diventa esponenzialmente costoso). Ma una spiegazione migliore è che supporta il processo di rimozione delle macchie. Con il raggio più ampio possono far passare la luce attraverso percorsi più diversi prima di focalizzarla di nuovo. C'è un aspetto negativo di questo, come si vede nell'output di Celluon, ovvero è ancora troppo grande quando si esce dal proiettore e quindi le immagini sono sfocate a brevi distanze di proiezione.

Dopo le lenti di diffusione del raggio c'è una lastra di vetro con un angolo di 45 gradi che divide una parte della luce dai laser verso i sensori di luce per ciascun laser. I sensori di luce vengono utilizzati per fornire feedback sull'uscita di ciascun laser e regolarli per regolarli in base a come cambiano con la temperatura e l'invecchiamento.

Nota a margine: Il riscaldamento del laser e la modifica dell'uscita del laser sono un grosso problema con la scansione laser. I laser cambiano molto rapidamente in temperatura/uscita. Nei test che ho fatto, puoi vedere l'effetto di oggetti luminosi su un lato dello schermo che influenzano il colore sull'altro lato dello schermo nonostante il feedback ottico.

La maggior parte della luce proveniente dal deflettore del sensore continua verso una struttura complessa di circa 15 diversi pezzi di elementi in vetro solido rivestiti otticamente incollati insieme in una complessa struttura sfaccettata. Ci sono circa 3 volte il numero di superfici/componenti necessari per combinare semplicemente 3 raggi laser. Questa struttura viene utilizzata per combinare i vari colori in un'unica trave e presenta alcune strutture che riducono le macchie. Come sarà discusso in seguito, far passare la luce attraverso così tanti elementi, ciascuno con le proprie perdite ottiche (e costi) comporta la perdita di oltre la metà della luce.

Per riferimento, confrontalo con la struttura ottica mostrata nel video Lenovo per il loro prototipo di proiettore laser in uno smartphone a sinistra (che utilizza un motore STMicro, vedi). Ci sono solo 3 lenti, 1 specchio (per il rosso) e due combinatori di piastre dicroiche per combinare il verde e il blu e una finestra piatta. Il motore Celluon/Sony/Microvision, al confronto, utilizza molti più elementi e invece di semplici combinatori di lastre utilizza prismi che, pur avendo migliori prestazioni ottiche, sono notevolmente più costosi. Il motore Lenovo/STM non mostra/ha gli elementi di riduzione delle macchie né gli elementi di correzione della distorsione (il suo processo di scansione a due specchi ha intrinsecamente meno distorsione) del design Celluon/Sony.

A partire dal percorso della luce laser rossa all'estrema sinistra, va a una coppia “Half Mirror e 2nd Mirror”. Questo gruppo di due specchi è probabilmente fatto per la riduzione delle macchie. La macchiolina è causata dalla luce che interferisce con se stessa e facendo in modo che la luce segua diverse lunghezze del percorso (la luce del secondo specchio seguirà un percorso leggermente più lungo) ridurrà la macchiolina. L'elemento successivo è uno specchio dicroico passaggio rosso/riflessione verde che combina i laser rosso e verde sinistro seguiti da un combinatore dicroico passaggio rosso e verde/riflessione blu.

Poi lavorando da destra, c'è un'altra coppia di semi-specchio/2 specchietti per la riduzione delle macchioline per il laser verde destro seguito da uno specchio dicroico passaggio verde/riflesso rosso per combinare i laser verde e rosso del lato destro. UN combinatore polarizzatore è (quasi certamente) utilizzato per combinare i 3 laser a sinistra con i due laser a destra in un unico raggio.

Dopo il combinatore polarizzatore c'è uno specchio che dirige la luce combinata attraverso un filtro racchiuso tra due lastre di vetro. Molto probabilmente questo filtro depolarizza o polarizza circolarmente la luce perché all'uscita da questa sezione all'aria aperta la luce laser precedentemente polarizzata ha poca o nessuna polarizzazione lineare. Successivamente la luce passa attraverso una terza serie di coppie di specchi antimacchia. La luce si riflette su un altro specchio ed esce in un breve traferro.

Dopo il traferro c'è un “Blocco di tornitura” è probabilmente parte della rimozione delle macchie. Il materiale nel blocco ha probabilmente alcune proprietà di diffusione della luce per variare leggermente la lunghezza del percorso luminoso e quindi ridurre le macchie e quindi la ragione della dimensione/spessore del blocco. C'è una superficie di ingresso della luce curva che avrà un effetto lente.

La luce che esce dal blocco di svolta passa attraverso una lente che focalizza la luce diffusa su un raggio più piccolo che si rifletterà sullo specchio di scansione del raggio. Questo obiettivo imposta il modo in cui il raggio diverge dopo essere uscito dal proiettore.

Dopo la lente convergente, la luce viene riflessa da uno specchio che invia la luce nel gruppo dello specchio di scansione del raggio. Il gruppo dello specchio di scansione del raggio, progettato da Microvision, è una struttura complessa e tra le altre cose contiene alcuni potenti magneti (che supportano la deflessione dello specchio magnetico).

Nota a margine: Il design STM/bTendo nel proiettore Lenovo utilizza due specchi più semplici che si muovono su un solo asse piuttosto che un singolo specchio complesso che deve muoversi su due assi. Gli specchi STM probabilmente utilizzano entrambi un semplice design solo elettrostatico, mentre il doppio asse di Microvision utilizza l'elettrostatico per una direzione ed elettromagnetico per l'altro.

Infine, la luce esce dal proiettore tramite una lente di correzione per scansione realizzata in plastica. Sembra essere l'unico elemento ottico in plastica come tutti gli altri elementi facilmente accessibili. Sì, anche se questo è un proiettore a scansione laser, ha ancora una lente di correzione, in questo caso per correggere il processo di scansione distorto altrimenti “cravatta”.

Problemi di costo

Oltre all'ovvio costo dei laser (e ne occorrono 5 anziché solo 3) e il gruppo dello specchio di scansione, esiste un gran numero di elementi in vetro con rivestimento ottico. Inoltre, invece di utilizzare elementi a piastra a basso costo, il motore Celluon/Sony/Microvision utilizza prismi solidi molto più costosi per il combinatore e gli elementi di rimozione delle macchie. Ognuno di questi deve essere realizzato con precisione, rivestito e incollato insieme. Il costo di ciascun elemento è una funzione della qualità/efficienza ottica e può variare in modo significativo, ma penso che ci sarebbero almeno $ 20 a $ 30 di costo grezzo solo per gli elementi in vetro anche a volumi moderatamente elevati (e potrebbe essere notevolmente di più).

Poi c'è molto da montare con un preciso allineamento di tutte le varie ottiche. Infine, tutti i laser devono essere allineati singolarmente dopo che l'unità con tutti gli altri elementi è stata assemblata.

Efficienza ottica (>50% della luce laser è perso)

La luce nel motore ottico passa attraverso e/o riflette un gran numero di interfacce ottiche e vi sono perdite di luce in ciascuna di queste interfacce. È la “morte per mille tagli” perché mentre ogni elemento potrebbe avere una perdita dall'1% al 10% o più, gli effetti sono moltiplicativi. L'uso di un'ottica solida anziché a piastra riduce le perdite ma a costo aggiuntivo. Si possono vedere nella foto delle pareti del telaio dei punti di luce colorata che è “sfuggita” al percorso ottico e si è persa. Puoi anche vedere la luce che brilla sugli elementi ottici, incluso l'obiettivo, tutto questo è luce persa. Anche la luce che va ai sensori di luce viene persa.

Una certa percentuale della luce che si diffonde non verrà ricondotta sullo specchio. Inoltre, ci sono perdite di dispersione nell'obiettivo di correzione e nel blocco di rotazione e nel resto dell'ottica.

Quando viene moltiplicato, più del 50% della luce laser viene persa nell'ottica.

Questa percentuale di perdita di luce del 50% concorda con l'etichettatura della confezione (vedi immagine a sinistra) che dice che l'emissione di luce laser per il verde è di 50 mW, anche se utilizzano due laser verdi, ciascuno dei quali probabilmente emette 50 mW o più.

La prossima volta: consumo energetico

Il sistema Celluon consuma

2,6 Watt per creare un'immagine “nero” e

6,1 Watt per ottenere un'immagine bianca da 32 lumen. Il delta tra bianco e nero è di circa 3,5 Watt o circa 9 lumen per delta Watt dal retro al bianco. Per riferimento, i nuovi proiettori DLP che utilizzano i LED possono produrre circa il doppio dei delta lumen per Watt. La prossima volta, ho intenzione di approfondire i numeri di consumo energetico.