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Testado com sucesso novo laser baseado em tecnologia do ESO

31 de Agosto de 2021

Um poderoso laser experimental, baseado em tecnologia do ESO, passou em um teste crucial no observatório Allgäuer VolksSternwarte Ottobeuren, na Alemanha, no mês passado. O laser de óptica adaptiva, desenvolvido em colaboração com a indústria, possui recursos adicionais importantes em comparação com os sistemas existentes. Este laser fará parte do sistema de Óptica Adaptativa de Estrela Guia a Laser CaNaPy, que será instalado na Estação Óptica Terrestre da Agência Espacial Europeia (ESA) em Tenerife, Espanha, no âmbito de uma colaboração de Pesquisa & Desenvolvimento entre o ESO e a ESA. A maior potência deste laser, quase três vezes maior que nos sistemas atuais, abre a possibilidade de desenvolvimentos em comunicação de satélites por laser, assim como melhoramentos significativos na nitidez de imagens astronômicas obtidas por telescópios a partir do solo.

A óptica adaptativa astronômica refere-se a sistemas colocados em telescópios terrestres que corrigem os efeitos de distorção causados pela turbulência da atmosfera da Terra — precisamente o mesmo efeito que faz com que as estrelas "cintilem" no céu. Para remover estas distorções, esses sistemas necessitam de uma estrela de referência brilhante, próxima no céu do objeto em estudo. Uma vez que estas estrelas sem sempre estão convenientemente localizadas no céu, os astrônomos usam lasers para excitar átomos de sódio existentes na atmosfera terrestre a uma altitude de 90 km, criando assim estrelas artificiais próximas da região em estudo, que podem ser usadas para mapear e corrigir a turbulência atmosférica nesse campo do céu.

O novo laser experimental é baseado na mesma tecnologia do ESO que está por trás da Instalação Laser de Quatro Estrelas Guia, operando com sucesso no Very Large Telescope do ESO no Chile, assim como em grande parte dos maiores observatórios astronômicos do mundo. Mas, enquanto esses lasers têm uma potência de 22 W, o novo laser tem quase o triplo, 63 W, o que corresponde a um grande salto à frente na tecnologia laser que irá, entre outras, melhorar a nitidez das imagens de óptica adaptativa nos comprimentos de onda do visível. Como parte do acordo de colaboração de Pesquisa & Desenvolvimento com o ESO, a empresa canadense MPB Communications — um dos parceiros industriais do ESO — conseguiu aumentar a potência da sua fonte infravermelha do “amplificador de fibras Raman”. Este é o avanço revolucionário que permite que o laser CaNaPy do ESO consiga atingir uma potência tão elevada [1].

Além disso, a companhia alemã TOPTICA Photonics AG, outro dos parceiros industriais do ESO, desenvolveu e implementou no laser CaNaPy um sistema de "variação rápida da frequência" para esta nova classe de lasers, como de um acordo de colaboração de Pesquisa & Desenvolvimento com o ESO. Este sistema consiste na mudança rápida da frequência para a qual o laser está regulado. Isso aumenta o número de átomos de sódio excitados pelo laser, tornando a estrela artificial mais brilhante e, consequentemente, melhorando a correção da turbulência. A TOPTICA instalou este protótipo no laser de 63 W e, em conjunto com o ESO, preparou tanto o laser como este sistema inovador para operar no céu.

Este novo laser CaNaPy experimental é um exemplo de tecnologia astronômica desenvolvida no ESO, em parceria com a indústria, e posteriormente transferida de volta para uso industrial inclusive em novos campos, encontrando, assim, aplicações além do seu objetivo original, o que acaba por beneficiar a sociedade como um todo. Assim, quando estiver instalado na Estação Óptica Terrestre da ESA em Tenerife, — um projeto de colaboração entre o ESO [2] e a ESA — o instrumento CaNaPy trará a ambas as organizações, ESA e ESO, oportunidades para fazer avançar o uso das tecnologias de óptica adaptativa com estrelas guia a laser, não apenas na astronomia, mas também na comunicação óptica de satélites. A comunicação óptica a laser permite aos satélites receber e enviar sinais de e para a Terra com largura de banda ultrarrápida, uma possibilidade que a ESA está investigando. Os sinais ópticos laser conseguem transmitir muito mais informação do que os sinais rádio, no entanto são igualmente afetados pela turbulência atmosférica. A óptica adaptativa de estrela guia a laser tem, por isso, o potencial de melhorar muito as ligações ópticas entre satélites e estações em solo.

Notas

[1] A MPB Communications aumentou a potência do seu amplificador de fibras Raman, que opera no infravermelho a um comprimento de onda de 1178 nm, de 36 W, o nível normalmente usado em estrelas guia a laser de sódio comerciais, para 100 W, um nível sem precedentes, o que permite ao CaNaPy alcançar uma onda contínua de 63 W de potência, operando na região do visível a 589 nm.

[2] A colaboração inclui vários institutos nos Estados Membros do ESO: Istituto Nazionale di Astrofisica, Itália; Durham University, Reino Unido; e Instituto de Astrofísica de Canarias, Espanha.

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Contatos

Domenico Bonaccini Calia
Physicist in the Laser and Photonics Group at ESO
Garching bei München, Alemanha
Email: dbonacci@eso.org

Juan Carlos Muñoz Mateos
ESO Media Officer
Garching bei München, Alemanha
Email: jmunoz@eso.org

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Id:ann21011

Imagens

Preparando o laser CaNaPy
Preparando o laser CaNaPy
O laser CaNaPy durante ensaios de campo na Alemanha
O laser CaNaPy durante ensaios de campo na Alemanha
O laser CaNaPy
O laser CaNaPy