16 inch composite material telescope with adaptive optics.key components: wavefront reconstructor & vibration testing

Abstract

Advances in technology has provided means for astronomical optical telescopes to increase the aperture diameter (more light collecting capability) therefore increasing the resolution. Better resolution allows telescopes to observe more details and fainter objects. But an increase in diameter means an increase in optics size, which needs big and heavy structures to support them. New developments in composite materials have allowed Composite Mirror Application(CMA) in Tucson, Arizona to build a carbon fiber reinforced polymer(CFRP) telescope and optics for the Naval Research Laboratory(NRL), reducing significantly its weight. Other than weight, atmospheric turbulence is the other major problem for an increase in telescope resolution, but technologies such as adaptive optics(AO) can mitigate its effects. AO refers to systems which can adapt to compensate for effects introduced by the atmosphere or another medium. This thesis presents the results of two studies done on this next-generation telescope. First it presents work done on the development of two wavefront reconstructors for AO systems that the new telescope will use. The two reconstructors are based on Finite Difference(FD) and Finite Element(FE) methods, respectively. Second, work done on the characterization of the vibration behavior for this new type of composite material telescope is presented. Preliminary analysis of the data was performed using a new technique for analysing nonlinear systems, the Empirical Mode Decomposition(EMD). Data for both experiments was obtained from a 16 inch composite material telescope prototype and from a non-conventional AO system Shack-Hartmann wavefront sensor.

Avances en la tecnología han provisto los medios para telescopios astronómicos ópticos de manera que puedan aumentar el diámetro de su apertura (aumentando la capacidad de recolectar ma ́s luz), aumentando así su resolución. Una mayor resolución permite observar más detalles y objetos menos luminosos. Pero un aumento en diámetro significa un aumento en el tamaño de los componentes ópticos, lo que requiere estructuras más grandes y pesadas. Nuevos desarrollos en materiales com-puestos han permitido a Composite Material Application(CMA) en Tucson, Arizona construir un telescopio y sus componentes ópticos de un polímero de carbono reforzado para los Laboratorios de Investigación de la Marina estadounidense (NRL, por sus siglas en ingles), reduciendo así significativamente su peso. Además del peso, la turbulencia atmosférica es el mayor problema cuando se aumenta la resolución de un telescopio, pero tecnologías como la óptica adaptable(OA) pueden ayudar a mitigar estos efectos. OA se refiere a un sistema que se puede adaptar para compensar por los efectos introducidos por la atmósfera u otro medio. Esta tesis presenta los resultados de dos estudios hechos en esta nueva generación de telescopios. Primero se presenta el trabajo realizado en el desarrollo de dos reconstructores de frente de onda para el sistema de OA que el nuevo telescopio va a utilizar. Los dos reconstructores están basados en los métodos de diferencia finita y elemento finito, respectivamente. El segundo estudio consiste en la caracterización del comportamiento vibratorio de este nuevo tipo de telescopio de material compuesto. Un análisis preliminar de la data fue hecho utilizando una nueva técnica para sistemas no-lineales llamado Descomposición Modal Empírica (DME). La data para ambos experimentos fue obtenida utilizando un telescopio prototipo de material compuesto de 16 pulgadas y un sensor de frente de onda Shack-Hartmann de un sistema de OA no-convencional.