Formación de imágenes en óptica adaptativa

Resumo

El propósito de este trabajo es describir un modelo físico del proceso de formación de imágenes en los telescopios astronómicos dotados de sistemas de óptica adaptativa para compensar los efectos de la turbulencia atmosférica. El análisis se centra en los sistemas de compensación parcial, aunque gran parte de los resultados son aplicables a todos los sistemas. En primer lugar, se desarrolla un modelo para la estadística del frente de onda corregido. Esta estadística está completamente determinada por la función de estructura; por tanto, se analiza esta función y se introducen y calculan los conceptos de longitud de correlación y de parámetro generalizado de Fried. Además se obtienen aproximaciones de la función de estructura, de la función de transferencia óptica y de la función imagen de un punto. A partir del modelo de la estadística del frente de onda, se generaliza el modelo de formación de imágenes de Goodman al caso de corrección parcial. Se describe la estadística de la intensidad luminosa en el plano imagen; la distribución exacta se aproxima por la distribución de Rice, debido a la analogía física entre el caso de compensación parcial y la suma de un fondo coherente más un patrón de speckle (p.ej. holografía). La estadística de fotones se obtiene como la transformada de Poisson de la distribución de la intensidad. Este modelo de formación de imágenes se utiliza para desarrollar dos aplicaciones. En la primera, se halla la varianza residual real de la fase, lo que permite calibrar los sistemas de óptica adaptativa cuando las fuentes de error son importantes. En la segunda, se analizan diversas técnicas de detección de exoplanetas. Finalmente los resultados teóricos se comparan con valores simulados y con datos experimentales, obtenidos utilizando un montaje experimental que se ha desarrollado para generar frentes de onda parcialmente compensados. El modulador de fase es una pantalla de cristal líquido extraída de un proyector de video comercial. El dispositivo se ha calibrado y se han estudiado sus limitaciones. Se concluye que las predicciones teóricas coinciden con exactitud con los datos simulados y experimentales.