Wie groß ist das kleinste Objekt, das aus einer bestimmten Entfernung von einem Lichtwellenleiter erfasst werden kann?

Optische Fasern sind bekannt dafür, astronomische Objekte zu beobachten, sagen wir Galaxien, um massive spektroskopische Untersuchungen zu erzeugen. Die Galaxien sind oft sehr weit von den Lichtleitfasern eines Teleskops entfernt. Ich denke jedoch über die Möglichkeit nach, optische Fasern zu verwenden, um viel kleinere Objekte (im Vergleich zu Galaxien) wie Satelliten in viel kürzeren Entfernungen wie von der Erde bis zur GEO-Umlaufbahn zu beobachten.

Insbesondere bei einem Objekt in der Ferne R Wie groß (in Bezug auf die Abmessungen) sollte dieses Objekt von einer optischen Faser sein, die in der Brennebene eines Teleskops montiert ist, um von dem Signal erkannt zu werden, das von der optischen Faser kommt? ( Ich konnte keine verwandte Spezifikation im Internet finden. Da ich die Antwort als Teil meiner Recherche verwenden muss, wird jede zitierte Referenz sehr geschätzt. )

Gelten die von Ihnen beschriebenen Techniken nicht nur für feste Objekte wie ferne Galaxien? Mir ist nicht klar, wie man es auf sich bewegende Objekte anwenden würde. Könnten Sie das näher erläutern?
Sehen Sie sich den Anfang dieser Antwort an und prüfen Sie, ob Sie Ihrer Frage spezifischere Informationen hinzufügen können. Solange sich Ihr Objekt im Weltraum befindet, sagen wir 100 km oder höher, ist es für den Fokus des Teleskops unendlich. Etwas Mathematik dazu in dieser Antwort .
@AlexHajnal: Jede optische Faser ist oft an einem bestimmten Roboterpositionierer mit zwei Freiheitsgraden angebracht, der die Faser in einem bestimmten Arbeitsraum bewegen kann. Dieser Mechanismus ist beim Umschalten der Konfiguration eines Fasersatzes von einer Beobachtungsmission zu einer anderen gut etabliert.
Interessant; Ich hatte nur von der Methode gehört, bei der Fasern in Löchern montiert sind, die in eine feste Platte gebohrt wurden (mit einer anderen Platte für jeden beobachteten Teil des Himmels).
@AlexHajnal: Die modernen Vermessungsprojekte, darunter MOONS, DESI und die Familie der SDSS-Projekte, werden (oder wurden) alle auf der Grundlage dieser robotisierten Fasern entwickelt. Sie haben also nur eine einzige Brennebene (oder Platte in Ihrer Terminologie).
Interessant, das war mir nicht bewusst. Daran (§2.3, S.3) dachte ich, Foto hier . Es verwendet handgefädelte Fasern.

Antworten (1)

Angenommen, Sie verwenden eine Singlemode-Faser , ist der Eingang (Modendurchmesser) klein, normalerweise einige Mikrometer (Extreme können zwischen 1 und 30 Mikrometer liegen, aber 2-8 Mikrometer sind für sichtbare SMF üblich).

Die einzige Einschränkung: Sie müssen genug Licht in diesen kleinen Punkt bringen. Sie können dies mit einer einzelnen Linse oder einem konvexen Spiegel, einem Mikroskop oder einem Teleskop oder sogar durch Nähe tun (halten Sie die Faser so nahe an ein winziges Objekt, dass genug Licht den Kern erreicht, funktioniert für bestimmte Nanopartikel oder biologische Experimente).

Größe des Zielobjekts: Bisher kann ich mir keine Einschränkung für die Größe des Objekts vorstellen . Die Frage ist wirklich, wie hell das Objekt ist und wie empfindlich das Instrument am anderen Ende ist. Wenn Sie ein Spektrometer mit hoher Dispersion haben, benötigen Sie wahrscheinlich viel mehr Licht, als wenn Sie eine Breitbandphotometrie durchführen, indem Sie Photonen mit einem Photomultiplier zählen.

Objekt bewegt sich: Es spielt keine Rolle, ob sich das Objekt bewegt oder feststeht, solange sich Ihr optisches System bewegen kann, um es zu verfolgen, sodass das fokussierte Bild auf den Kern der Faser fällt. Das ist einfach ein mechanisches und Tracking-Problem, das nichts mit der Faser zu tun hat.

Der große Vorteil der Verwendung einer Faser liegt nun auf der Hand, Sie können Ihr Teleskop bewegen, aber Ihr Messinstrument woanders und fest verwahren, und die flexible Faser wird das Licht dorthin leiten.

Weitere Hintergründe

Der Trick besteht darin, ein sehr großes Teleskop zwischen das Objekt und die Faser zu stellen und einen Roboter zu verwenden, um Hunderte oder Tausende von Fasern in der Brennebene zu platzieren, jede an der genauen Position einer Galaxie oder eines Sterns, den Sie sammeln möchten. Auf diese Weise können Sie die anderen Enden der Fasern entlang eines einzelnen Schlitzes eines Spektrometers ausrichten und die Spektren von Tausenden oder sogar Millionen von Objekten im Laufe der Zeit untersuchen, ohne das Teleskop einzeln auf jedes Objekt richten zu müssen.

Fasern haben einige große Vorteile:

  1. Vielfalt und Konfigurierbarkeit (wie oben erwähnt)
  2. Flexibilität (buchstäblich) es ermöglicht, dass Teleskop und Instrument separat montiert werden und nicht mechanisch ausgerichtet und stabilisiert werden müssen.
  3. Mechanische Stabilisierung der Quelle für Instrumente: Selbst wenn das Teleskop driftet und sich das Objekt leicht in Bezug auf den Eingang der Faser bewegt, kann die physikalische Position des Faserausgangs fest bleiben. Tracking-Fehler wirken sich also nicht auf die Intensitätsverteilung im Eingangsspalt (virtuell oder real) der Faser aus und verursachen daher keine instrumentellen Spektralverschiebungen.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

oben: Aus der erfreulichen A 2dF-Nacht des Astrophysikers Ángel R. López-Sánchez am Anglo-Australian Telescope

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

oben:: Aus AAO's Der Sternhaufen hinter Sirius

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

oben: GIF aus dem Video (mit spannender Musik) A 2dF night at the Anglo-Australian Telescope

Und wenn Ihnen dieser Roboter gefällt, dann betrachten Sie die "magischen Finger" in der Brennebene des Dark Energy Spectroscopic Instrument :

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Die Brennebene von DESI ist so konzipiert, dass sie hoch oben auf dem Mayall-Teleskop sitzt und 5.000 Roboter-Positionierer tragen kann, von denen jeder ein Glasfaserkabel hält. Jeder dieser fasertragenden Roboter wird automatisch so positioniert, dass er eine voreingestellte Sequenz von einzelnen Galaxien und Quasaren fixiert, damit die Fasern ihr Licht sammeln können. Die Bewegungen dieser Positionierer müssen sorgfältig choreografiert werden, um ein Zusammenstoßen zu vermeiden. Die rundliche Brennebene mit einem Durchmesser von fast einem Meter besteht aus 10 tortenförmigen Keilen, die eng aneinander gefügt sind. Jeder Keil hält 500 Roboterpositionierer. Die Fokusebene enthält auch Sensoren und Lichtquellen, sogenannte Feldbezugsmarken, die dabei helfen sicherzustellen, dass die Positionierer richtig ausgerichtet sind.

Und auch diese Roboterfasern im australischen TAIPAN-Instrument am Siding Spring Observatory im Nordwesten von NSW :

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

und wenn Ihnen die Musik im Video gefallen hat, hier sind weitere zehn Stunden des Inception-Horns
Einige Folgefragen bitte: 1-Ist die Lens-Gleichung vom LEO- bis zum GEO-Bereich genau? 2-Die mathematische Analyse, auf die Sie in einer anderen Antwort hingewiesen haben, scheint auf Spiegelteleskope anwendbar zu sein, nicht auf solche, die mit Fasern und Spektrographen ausgestattet sind. Können Sie erklären, wie diese Analyse auch auf den letzteren Fall anwendbar wäre? 3-Da das Zielobjekt möglicherweise nicht so hell ist, was ist, wenn jemand eine Mehrkanalfaser verwendet (z. B. IR- oder andere Wellen aus dem EM-Spektrum erkennt)? Wird dies als Vor- oder Nachteil in Bezug auf das „Erkennen des Zielobjekts“ angesehen?
@Roboticist 1) Für eine Blende von beispielsweise LEO bis unendlich können Sie die Linsengleichung verwenden, um die Verschiebung der Brennweite abzuschätzen. Für ein vernünftiges Teleskop ist die Verschiebung extrem klein (wie ein Mikrometer oder wahrscheinlich viel weniger), und dies würde keinen messbaren Unterschied in Ihrer Faserkopplung erzeugen. 2) Die Punktgröße ist gleich, egal ob Sie eine Faser am Punkt oder am Pixel eines CCD platzieren. Um mehr darüber zu erfahren, versuchen Sie, eine spezifischere Frage mit einigen Details zu schreiben, und überlegen Sie, ob Sie diese Frage hier oder in Physics SE stellen möchten. 3) Ich bin mir nicht sicher, was eine Mehrkanalfaser ist. Es gibt Multi-Core-Faser
Das ist ein ziemlich kompliziertes Feld für sich. Das Problem bei mehreren normalen Fasern ist, dass der Mantel so viel größer ist als der Kern, dass Sie zwei Kerne nicht sehr nahe aneinander bringen können, sodass Sie das meiste Licht zwischen den Kernen verlieren. Ich denke, es wird großartig für Sie sein, nach älteren Artikeln über Faserkopplung in der Astronomie zu suchen. Heutzutage ist es extrem kompliziert, aber vor 20-30 Jahren fingen sie gerade erst an und es kann sehr detaillierte Erklärungen und Berechnungen geben.
Wie groß ist das kleinste Objekt, das aus einer bestimmten Entfernung von einem Lichtwellenleiter erfasst werden kann?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v