Каковы размеры наименьшего объекта, обнаруживаемого оптическим волокном с определенного расстояния?

Хорошо известно, что оптические волокна используются для наблюдения за астрономическими объектами, скажем, галактиками, для проведения массовых спектроскопических исследований. Галактики часто находятся очень далеко от оптических волокон телескопа. Тем не менее, я думаю о возможности использования оптических волокон для наблюдения за гораздо меньшими объектами (по сравнению с галактиками), такими как спутники, на гораздо более коротких расстояниях, например, от земли до геоорбиты.

В частности, если объект находится на расстоянии р от оптического волокна, установленного в фокальной плоскости телескопа, насколько большим (с точки зрения размеров) должен быть этот объект, чтобы его можно было обнаружить с помощью сигнала, исходящего от оптического волокна? ( Я не смог найти соответствующую спецификацию в Интернете. Поскольку мне нужно использовать ответ как часть моего исследования, любая цитируемая ссылка чрезвычайно ценится. )

Разве методы, которые вы описываете, не применимы только к неподвижным объектам, таким как далекие галактики? Мне не ясно, как можно применить это к движущимся объектам. Не могли бы вы уточнить это?
Взгляните на начало этого ответа и посмотрите, есть ли какие-либо более конкретные сведения, которые вы можете добавить к своему вопросу. Пока ваш объект находится в космосе, скажем, на расстоянии 100 км или выше, он находится в бесконечности с точки зрения фокуса телескопа. Немного математики об этом в этом ответе .
@AlexHajnal: Каждое оптическое волокно часто прикрепляется к определенному роботизированному позиционеру с двумя степенями свободы, который может перемещать волокно в определенном рабочем пространстве. Этот механизм хорошо зарекомендовал себя при переключении конфигурации набора волокон с одной наблюдательной миссии на другую.
Интересный; Я только слышал о методе с использованием волокон, установленных в отверстиях, просверленных в неподвижной пластине (с разными пластинами для каждой наблюдаемой части неба).
@AlexHajnal: Современные исследовательские проекты, включая MOONS, DESI и семейство проектов SDSS, разрабатываются (или разрабатывались) на основе этих роботизированных волокон. Итак, у вас есть только одна фокальная плоскость (или пластина, в вашей терминологии).
Интересно, я не знал об этом. Вот об этом (§2.3, п.3) я и думал, фото здесь . В нем используются волокна с ручной резьбой.

Ответы (1)

Предполагая, что вы используете одномодовое волокно , вход (диаметр моды) мал, обычно несколько микрон (крайние значения могут варьироваться от 1 до, скажем, 30 микрон, но 2-8 микрон обычно для видимого SMF).

Единственное ограничение: у вас должно быть достаточно света в этом маленьком пятне. Вы можете сделать это с помощью одной линзы или выпуклого зеркала, микроскопа или телескопа, или даже на близком расстоянии (поднесите волокно так близко к крошечному объекту, чтобы достаточно света достигло ядра, работает для определенных наночастиц или биологических экспериментов).

Размер целевого объекта: Пока я не могу придумать никаких ограничений на размер объекта . На самом деле вопрос в том, насколько ярок объект и насколько чувствителен инструмент на другом конце. Если у вас есть спектрометр с высокой дисперсией, вам, вероятно, потребуется гораздо больше света, чем если вы выполняете широкополосную фотометрию, считая фотоны с помощью фотоумножителя.

Объект движется: не имеет значения, движется объект или неподвижен, пока ваша оптическая система может двигаться, чтобы отслеживать его, чтобы сфокусированное изображение попадало на сердцевину волокна. Это просто механическая проблема и проблема с отслеживанием, не связанная с волокном.

Большое преимущество использования оптоволокна теперь очевидно: вы можете перемещать свой телескоп, но держите измерительный инструмент где-то в другом месте и фиксируйте его, а гибкое волокно будет направлять к нему свет.

Дополнительная информация

Хитрость заключается в том, чтобы поместить очень большой телескоп между объектом и волокном и использовать робота для размещения сотен или тысяч волокон в фокальной плоскости, каждое в точном месте галактики или звезды, которую вы хотите собрать. Таким образом, вы можете выстроить другие концы волокон вдоль одной щели спектрометра и изучать спектры тысяч или даже миллионов объектов с течением времени без необходимости наводить телескоп на каждый объект по одному.

Волокна имеют несколько больших преимуществ:

  1. Множественность и конфигурируемость (как упоминалось выше)
  2. Гибкость (буквально) позволяет монтировать телескоп и инструмент отдельно и не требует механического выравнивания и стабилизации.
  3. Механическая стабилизация источника для инструментов: даже если телескоп дрейфует и объект немного перемещается относительно входа волокна, физическое местоположение выхода волокна может оставаться фиксированным. Таким образом, ошибки слежения не влияют на распределение интенсивности внутри входной щели (виртуальной или реальной) волокна и, следовательно, не вызывают инструментальных спектральных сдвигов.

введите описание изображения здесь

вверху: из приятной книги астрофизика Анхеля Р. Лопеса-Санчеса « Ночь 2dF на Англо-Австралийском телескопе».

введите описание изображения здесь

вверху: Из AAO Звездное скопление за Сириусом

введите описание изображения здесь

вверху: GIF из видео (с захватывающей музыкой) Ночь 2dF на Англо-Австралийском телескопе

И если вам нравится этот робот , рассмотрите «волшебные пальцы» в фокальной плоскости спектроскопического прибора темной энергии :

введите описание изображения здесь

введите описание изображения здесь

Фокальная плоскость DESI спроектирована так, чтобы располагаться высоко над телескопом Mayall и нести 5000 роботизированных позиционеров, каждый из которых имеет оптоволоконный кабель. Каждый из этих роботов с волокном автоматически позиционируется для фиксирования заданной последовательности отдельных галактик и квазаров, чтобы волокна могли собирать их свет. Движения этих позиционеров должны быть тщательно спланированы, чтобы не натыкаться друг на друга. Округлая фокальная плоскость диаметром почти метр состоит из 10 лепестков, плотно прилегающих друг к другу. Каждый клин вмещает 500 роботизированных позиционеров. Фокальная плоскость также содержит датчики и источники света, называемые полевыми реперами, которые помогают обеспечить правильное выравнивание позиционеров.

А также эти роботизированные волокна в австралийском приборе TAIPAN в обсерватории Сайдинг-Спринг в Северо-Западном Новом Южном Уэльсе :

введите описание изображения здесь

и если вам понравилась музыка в клипе, то вот еще десять часов рожка Inception
Несколько дополнительных вопросов, если позволите: 1-Является ли уравнение линзы точным в диапазоне от LEO до GEO? 2-Математический анализ, на который вы указали в другом ответе, кажется применимым к зеркальным телескопам, а не к тем, которые оснащены волокнами и спектрографами. Можете ли вы объяснить, как этот анализ применим и к последнему случаю? 3-Поскольку целевой объект может быть не таким ярким, что, если кто-то использует многоканальное волокно (скажем, для обнаружения ИК или каких-то других волн из ЭМ спектра)? Это считается преимуществом или недостатком с точки зрения «обнаружения целевого объекта»?
@Roboticist 1) Для апертуры, скажем, от LEO до бесконечности, вы можете использовать уравнение объектива для оценки сдвига фокусного расстояния. Для разумного телескопа смещение будет чрезвычайно малым (около микрона или, вероятно, намного меньше), и это не приведет к какой-либо измеримой разнице в соединении вашего волокна. 2) размер пятна одинаков независимо от того, поместите ли вы волокно в пятно или пиксель ПЗС. Чтобы узнать больше об этом, попробуйте написать более конкретный вопрос с некоторыми подробностями и подумайте, хотите ли вы задать его здесь или в Physics SE. 3) Я не уверен, что такое многоканальное волокно. Есть многожильные волокна
Это довольно сложная область сама по себе. Проблема с несколькими нормальными волокнами заключается в том, что оболочка настолько больше, чем сердцевина, что вы не можете расположить две жилы очень близко друг к другу, поэтому вы теряете большую часть своего света между жилами. Я думаю, вам будет полезно поискать старые статьи о соединении волокон в астрономии. Сейчас это крайне сложно, а 20-30 лет назад они только начинались и могут быть очень подробные объяснения и расчеты.
Каковы размеры наименьшего объекта, обнаруживаемого оптическим волокном с определенного расстояния?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v