Key Wavefront Sensors features for Laser-assisted Tomographic Adaptive Optics Systems on the Extremely Large Telescope ELT
Eléments clés de l'analyse de front d'onde pour les systèmes d'optique adaptative tomographique assisté par Laser
Résumé
Laser guide star (LGS) wave-front sensing (LGSWFS) is a key element of tomographic adaptive optics system. However, when considering Extremely Large Telescope (ELT) scales, the LGS spot elongation becomes so large that it challenges the standard recipes to design LGSWFS. For classical Shack–Hartmann wave-front sensor (SHWFS), which is the current baseline for all ELT LGS-assisted instruments, a trade-off between the pupil spatial sampling [number of sub-apertures (SAs)], the SA field-of-view (FoV) and the pixel sampling within each SA is required. For ELT scales, this trade-off is also driven by strong technical constraints, especially concerning the available detectors and in particular their number of pixels. For SHWFS, a larger field of view per SA allows mitigating the LGS spot truncation, which represents a severe loss of performance due to measurement biases. For a given number of available detectors pixels, the SA FoV is competing with the proper sampling of the LGS spots, and/or the total number of SAs. We proposed a sensitivity analysis, and we explore how these parameters impacts the final performance. In particular, we introduce the concept of super resolution, which allows one to reduce the pupil sampling per WFS and opens an opportunity to propose potential LGSWFS designs providing the best performance for ELT scales.
La détection du front d'onde en utilisant une étoile laser (LGS) est un élément clé des systèmes optique adaptative tomographiques. Cependant, si l'on considère la taille des très grands télescopes (ELT), l'élongation du spot laser devient si importante qu'elle remet en question les recettes classiques de conception du LGSWFS. Pour le senseur classique de type Shack-Hartmann (SHWFS), qui constitue la référence actuelle pour tous les instruments d'optique adaptative assisté par laser de l'ELT, un compromis entre l'échantillonnage spatial de la pupille (nombre de sous-ouvertures), le champ de vue de ces sous-ouvertures et l'échantillonnage des pixels dans chaque sous-ouverture est nécessaire. Pour les ELT, ce compromis est également dicté par de fortes contraintes techniques, notamment concernant les détecteurs disponibles et en particulier leur nombre de pixels. Pour les SHWFS, un champ de vue plus large par sous-ouverture permet d'atténuer la troncature du spot LGS, qui représente une perte sévère de performance due aux biais de mesure. Pour un nombre donné de pixels de détecteurs disponibles, le champ de vision [FoV] de la sous-ouverture est en concurrence avec l'échantillonnage correct des taches LGS, et/ou le nombre total de sous-ouvertures. Dans cet article, nous proposons une analyse de sensibilité, et nous explorons l'impact de ces paramètres sur la performance finale. En particulier, nous introduisons le concept de super résolution, qui permet de réduire l'échantillonnage de la pupille par WFS, et ouvre une opportunité de proposer des conceptions potentielles de LGSWFS offrant les meilleures performances pour les ELT.
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