ARGOS

Das Large Binocular Telescope (LBT) ist mit einem adaptiven Sekundärspiegel ausgestattet, der eine schnelle Korrektur der durch die Atmosphäre verzerrten Lichtwellenfront ermöglicht. Die aktuelle adaptive Optik erreicht sehr hohe Strehl-Verhältnisse von mehr als 80% und liegt damit sehr nahe an der theoretischen Beugungsgrenze des Teleskops, braucht aber einen relativ hellen Referenzstern in der Nähe des Zielobjektes. Um die Abdeckung auf fast den gesamten sichtbaren Himmel auszuweiten, wurde ein Laserleitstern-System, das drei künstliche Laserleitsterne pro Hauptspiegel erzeugt, beschlossen. Es ermöglicht ein relativ großes Sichtfeld (30x30 Bogensekunden), allerdings auf Kosten der maximalen Bildqualität, die nicht beugungsbegrenzt sein wird. Dieses System heisst ARGOS,  PI ist Sebastian Rabien (MPE, Garching). Das AIP entwickelte und baute die Optomechanik für den Tip-Tilt-Sensor für natürliche Sterne und, in Zusammenarbeit mit dem MPIfR, die Vier-Kanal-Avalanche-Photodiode Erfassungseinheit.

Warum ein natürlicher Leitstern?

Laserleitsterne können keine Informationen über den atmosphärischen Tip-Tilt liefern, weil der Weg des Laserstrahls durch die Atmosphäre vom Ursprung der gleiche ist wie der Weg hinunter, nach der Reflexion. Eine unabhängige Erfassung des Tip-Tilt-Signal mit hoher Geschwindigkeit (> 500 Hz) in der Nähe des eigentlichen Objekts ist daher notwendig. Mit Integrationszeiten von 2 ms bietet auch ein 8 m Hauptspiegel nicht viele Photonen (etwa 20), wenn einmal Helligkeiten von R = 18 mag beim Leitstern unterschritten werden. Wir verwenden eine kommerzielle Vierkanal Avalanche-Photodiode (APD) mit hoher Quanteneffizienz und vernachlässigbarem Ausleserauschen in einem Photonenzähler-Modus. Ein anderer Weg, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu erhalten, ist es, die Photonen nicht auf zu viele Pixel zu verteilen, so dass das System als ein Quad-Zellensystem mit nur vier Sensoren in einem zwei mal zwei-Raster ausgelegt wurde. Dies wird mit einem zwei mal zwei-Linsenanordnung, die wir entwickelt haben und die von der Carl Zeiss Jena GmbH hergestellt wurde, realisiert.

Die meisten Quad-Zellsysteme leiden unter einem blinden Fleck in der Mitte des Feldes, das für unsere Anwendung um jeden Preis vermieden werden musste. Die Elementarlinsen wurden so entwickelt, dass ihr Scheitelpunkt zur Mitte des Arrays leicht versetzt ist, um die zentralen Verluste zu minimieren. Die unvermeidbare Lücke vom Verkleben der Linsen sollte minimal gehalten werden: wir haben es geschafft, sie unter 5 Mikrometer zu halten. Die gesamte Baugruppe wird in einem temperaturgesteuerten Gehäuse an der Instrumentenplattform des Teleskops ausgerichtet.

Das Licht des Tip-Tilt-Sterns wird von der Linsenanordnung im Engineering-Arm-Fokus der vorhandenen adaptiven Optik aufgenommen. Die Photonen werden dann durch optische Fasern zu dem APD-Modul geleitet. Ein kritischer Punkt war hier, die Ausrichtung der vier Pupillenbilder am Ende der Linsenanordnung während des Verklebens innerhalb von 5 Mikrometern auf der entsprechenden optischen Faser zu halten. Das benötigte Ausrichtungssystem und -verfahren wurde im Haus entwickelt, um die erforderliche Genauigkeit zu garantieren.

Die Adaptive Optik des LBT konnte im November 2014 zum ersten Mal gleichzeitig auf alle drei Laser Leitsterne ausgerichtet werden.