Short term minutes-time scale temporal variation statistics of sodium layer dynamics
钠柱密度和钠层平均高度随时间的变化会使自适应光学钠激光导引星的亮度和高度发生显著变化。为了测量这些动态，独立的钠激光雷达是必要的。如果没有这样的仪器，几乎不可能从钠层动力学或激光本身的其他因素来辨别激光导星亮度变化的原因。在表征钠激光器产生钠激光导引星的性能等应用中，钠层丰度和高度的分尺度短期统计对于估计钠层变化对激光导引星亮度变化的贡献是非常有帮助的。本文分析了我们在两个冬季对钠层动力学的观测结果，给出了钠柱密度和平均高度在分钟时间尺度内的时间变化统计。
2021-07-28 astro-ph.IM physics.ao-ph
Impact of Sodium Layer variations on the performance of the E-ELT MCAO module
基于钠激光引导星的多共轭自适应光学系统可以利用自然引导星来解决人工信标的固有限制（倾斜不确定性和非等晕性），并减轻钠层结构和可变性的影响。钠层也可能具有横向结构，导致激光引导星之间的差异效应。从分析的输入扰动有关的钠层的变化，直接测得的钠层剖面建模，我们分析，通过一个简化的端到端的模拟代码，低/中阶引起的欧洲极大望远镜多共轭自适应光学模块MAORY的全球性能的影响。
2015-01-09 astro-ph.IM
Photon return on-sky test for by-product Rayleigh plume of sodium laser guide star
钠激光导星（sLGS）自适应光学（AO）系统已成为大型地基光学/红外望远镜的重要组成部分。如果激光发射上行路径上的湍流使自适应激光制导系统的空中光斑轮廓退化，将严重影响自适应光学系统的性能，解决这一问题的一种有效方法是在激光发射到空中之前对激光进行实时预校正，以对抗这种湍流效应，尤其是在湍流较强的低空。在发射sLGS时，由大分子和气溶胶在低空产生的副产品瑞利后向散射是用于低空湍流实时检测的理想候选者。因此，重要的是评估钠激光导星的副产品是否可以实现波前传感的合适性能。在本文中，我们试图回答的问题，可实现的光子返回这样的瑞利后向散射羽。最后将现场试验结果与MSISE-90理论模型进行了比较。我们发现最大差异小于20%，这暗示了使用散焦的Rayleigh羽流作为不同湍流强度的波前传感信号的适用性。结果还表明，在强（油炸参数（r 0）为5 cm）或中等（r 0为10 cm）湍流时，距离选通的最佳中心为9 km，当子孔径为3 cm、5 cm、7 cm和10 cm时，对应的距离选通深度分别为3 km、1.1 km、0.56 km和0.28 km。最大脉冲重复频率为1500 Hz。
2021-09-18 astro-ph.IM
Characterization of the sodium layer at Cerro Pachon, and impact on laser guide star performance
详细了解钠层的介电特性对激光导引星辅助自适应光学系统的性能评估和优化是至关重要的。在本文中，我们提出了一个分析的两组数据的中间层钠层。第一组来自2001年在Cerro Tololo进行的一次激光实验，该实验在为期一年的六次运行中监测中间层钠的丰度和高度。这些数据被用来推导中间层钠柱密度，钠层厚度和钠层平均高度的时间行为。第二组数据是在Gemini MCAO系统（GeMS）调试和运行的第一年收集的。GeMS使用五个LGS来测量和补偿大气失真。对LGS波前传感器数据的分析提供了关于钠光子返回和WFS所看到的光斑伸长的信息。所有这些参数在每年、每晚和每小时的基础上都有很大的变化，影响着LGS的亮度、形状和平均高度。钠光子的返回在一年内变化三到四倍，并且可以在一夜之间变化两倍。此外，2001年获得的光子返回与十年后使用GeMS测量的光子返回的比较显示了激光格式效率的显着差异。我们发现，钠平均高度的时间功率谱遵循线性趋势，与Pfrommer & Hickson（2010）报道的结果一致。
2013-01-16 astro-ph.IM physics.ao-ph
Radial thresholding to mitigate Laser-Guide-Star aberrations on Centre-of-Gravity-based Shack-Hartmann wavefront sensors
钠激光引导星（LGS）是细长的源，由于钠层的厚度和有限的距离。钠层高度和原子密度分布的波动会引起细长光斑质心测量的误差，并在闭环自适应光学（AO）系统中产生虚假光学像差。根据维多利亚大学LGS台架演示器获得的分析模型和实验结果，这些像差（称为LGS像差）的主要来源之一不是重心（CoG）算法本身，而是在计算光斑质心之前应用于图像像素的阈值处理。这里提出了一种新的阈值方法，称为“径向阈值”，可以在不改变质心测量精度的情况下消除大部分LGS像差。
2009-06-17 astro-ph.IM
On the Feasibility of Using a Laser Guide Star Adaptive Optics System in the Daytime
我们研究使用超窄带干涉滤光片，使白天使用钠激光导星自适应光学系统。滤波器的性能进行了探讨，使用理论和供应商提供的过滤器传输配置文件，模拟日光天空背景，宽带测量白天天空亮度的莫纳克亚，并假设光子返回从钠激光引导星和读取噪声的波前传感器探测器。关键参数是滤波器的带通、带外抑制和激光引导星光波长处的峰值吞吐量。重要的是，这些参数之间的系统性贸易导致潜在的简单的解决方案，使白天的观测。最后，我们模拟了中红外自适应光学（MIRAO）系统计划为三十米望远镜与端到端的模拟，折叠在白天的天空计数。我们发现，MIRAO与五个钠激光导星，商业现成的过滤器，以抑制天空背景的激光导星波前传感器，和近红外自然导星（$K \le 13$）的倾斜/倾斜/聚焦波前传感器可以达到白天Strehl比值相比，在夜间。
2018-09-14 astro-ph.IM
Optical design of the laser launch telescope via physical optics theorem for Laser Guide Star Facility
激光导星装置（LGSF）是大型地基望远镜自适应光学系统的重要组成部分，其目标是在钠层产生多颗激光导星。LGSF系统采用激光发射望远镜将高斯光束以较小的光束尺寸投射到钠层上来实现这一要求。由于激光远距离传输的衍射和干涉效应，传统的基于几何光学机理的光学设计无法实现预期的激光传输。本文提出了一种基于物理光学原理的激光发射望远镜光学系统设计方法，以在大气钠层产生可接受的光斑。此外，基于物理光学传播的公差分析方法也被证明是必要的，以优化系统的仪器性能。数值计算结果表明，考虑物理光学传输的光学设计在许多场合，特别是激光传输系统中是非常有价值的，甚至是必要的。
2021-02-18 astro-ph.IM physics.optics
A Precise Photometric Ratio via Laser Excitation of the Sodium Layer II: Two-photon Excitation Using Lasers Detuned from 589.16 nm and 819.71 nm Resonances
这篇文章是两篇文章中的第二篇，主题是从中间层中性钠原子的去激发光产生双色人造星（我们称之为“激光光度比星”，或LPRS），用于天文学和大气物理学的精密望远镜测量，更具体地说，用于使用Ia型超新星校准暗能量的测量。本文和前一篇文章中分别描述的两种技术都将产生一个LPRS，其中黄色（589/590 nm）光子与中间层产生的近红外（819/820 nm）光子的比例精确为1：1。这两种技术将提供新的机制，建立一个前所未有的精度的分光光度校准比，从上面的大部分地球的大气层，为即将到来的天文学和大气物理望远镜观测。本文中描述的技术具有使用较低功率（<30 W平均功率）激光器产生比本文中第一篇文章中描述的使用单个500 W平均功率激光器的技术更亮（具体地，亮约1000倍）的LPRS的优点。然而，这里描述的技术将需要偏振滤波器安装到望远镜相机，以充分消除激光大气瑞利后向散射望远镜图像，而在第一篇文章中描述的技术将只需要更典型的波长滤波器，以充分消除激光瑞利后向散射。
2021-10-25 astro-ph.CO astro-ph.IM
Laser remote magnetometry using mesospheric sodium
我们已经展示了一个基于地球中间层钠原子的远程磁力计，距离我们的仪器106公里。一个1.33瓦的激光照射原子，磁场是从一个直径为1.55米的望远镜收集的反向散射光推断出来的。测量灵敏度为162 nT/ $\sqrt{Hz}$。从我们的测量中推断出的磁场值与基于地球已知磁场形状的估计值一致，误差在百分之一以内。预计光学系统的改进可能导致20 nT/ $\sqrt{Hz}$的灵敏度，而使用先进的激光器或大型望远镜可能接近1-nT/ $\sqrt{Hz}$的灵敏度。所有实验和理论灵敏度值均基于激光束轴和磁场矢量之间的60 ° $^\circ$角;在最佳90 ° $^\circ$角下，灵敏度将提高约两倍。
2017-02-15 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.atom-ph
Laser Tomography Adaptive Optics (LTAO): A performance study
我们提出了一个解析推导的轴上性能的自适应光学系统使用给定数量的任意高度的引导星，分布在任意角度的位置在天空中。给出了连续和离散湍流大气廓线情况下的残差表达式。假设Shack-Hartmann波前传感与圆孔，我们证明了正式描述的误差的三个贝塞尔函数的产品的积分。我们比较了使用天然、钠或瑞利激光导星时自适应光学校正的性能。对于小直径类望远镜（~ 5米），我们表明，几个瑞利信标可以提供类似的性能，一个单一的钠激光器，仪器的整体成本较低。对于更大的孔径，使用瑞利星可能不是这样一个合适的选择，因为太严重的锥效应，大大降低了校正的质量。
2013-10-28 astro-ph.IM
A Precise Photometric Ratio via Laser Excitation of the Sodium Layer I: One-photon Excitation Using 342.78 nm Light
使用Ia型超新星测量暗能量的最大不确定性目前是由于光度学的系统性;特别是光度学作为光谱中波长的函数的相对不确定性。我们表明，在即将到来的调查（如在LSST在维拉C。鲁宾天文台）通过一个位于山顶的激光源调谐到342.78 nm的真空激发波长的中性钠原子。使用从激光导星研究中改进的高功率（500 W）激光，这种激发将在中间层中产生一个去激发光的人造星（我们称之为“激光光度比星”，或LPRS），从地面可以观察到大约20星等（即，完全在LSST的预期单图像幅度限制内），真空中的波长为589.16 nm、589.76 nm、818.55 nm和819.70 nm，该过程产生的589.16 nm和589.76 nm光子数量之和等于818.55 nm和819.70 nm光子数量之和，建立例如LSST r和z滤波器之间的精确校准比率。因此，这种技术可以提供一种新的机制，建立一个前所未有的精度，从上面的大部分地球的大气，即将到来的天文学和大气物理望远镜观测分光光度计校准比。本文是关于此主题的两篇文章中的第一篇。这对文章的第二篇文章描述了一种替代技术，通过使用两个位于山顶的激光器，在距离真空中波长分别为589.16 nm和819.71 nm的谐振约4 GHz的光频率下，实现与本文所述技术相似但更亮的LPRS。
2022-03-15 astro-ph.CO astro-ph.IM
Laser Guide Stars for Extremely Large Telescopes: Efficient Shack-Hartmann Wavefront Sensor Design using Weighted center-of-gravity algorithm
在过去几年中，人们越来越多地考虑研究激光引导星（LGS），以测量从地面进行光学和近红外天文观测时由大气引入的扰动。产生LGS的一种可能方法是在大约90公里高度的高层大气中激发钠层。由于钠层大约有10公里厚，所以人造参考源看起来很长，特别是从大孔径的边缘观察时。光斑伸长严重限制了最常见的波前传感器的性能。例如，Shack-Hartmann波前传感器中的质心精度与伸长成比例地降低（在光子噪声主导的状态中）。为了补偿这种效应，一个简单的解决方案是增加激光功率，即增加每个子孔径检测到的光子的数量。在本文中提出的工作范围是双重的：分析的加权重心算法的性能与细长的斑点和所需的光子数的测定，以达到一定的平均波前误差超过望远镜孔径。
2009-03-24 astro-ph.IM
Prototype of a laser guide star wavefront sensor for the Extremely Large Telescope
新型的大型望远镜，作为未来的ELT，被设计成与激光引导星（LGS）一起工作，激光引导星被调谐到大气钠原子的共振。由于主要与LGS的有限距离、发射角、尖端倾斜不确定性和聚焦非等晕性有关的许多原因，这种波前感测技术对于应用于大型望远镜提出了复杂的问题。在MAORY的相位研究开始时，LGS波前传感器（WFS）的实验室原型的实施，ELT第一光的多共轭自适应光学RelaY，对于研究LGS WFS问题的具体缓解策略是必不可少的。本文给出了LGS WFS样机在不同工况下的试验结果。在Shack-Hartmann（SH）WFS上生成的LGS图像的准确度已与MAORY模拟代码进行了交叉检查。实验研究了噪声对质心定位精度的影响、LGS图像截断对波前传感精度的影响以及钠浓度分布和LGS图像欠采样的时间演化规律。
2018-04-19 astro-ph.IM
Suppresion of Self-Phase Modulation in a Laser Transfer System using Optical Fiber on the Subaru Telescope
我们正在为夏威夷莫纳克亚山的斯巴鲁望远镜开发激光导星自适应光学（LGS/AO 188）系统。该系统采用全固态锁模和频产生（SFG）激光器（1.7-GHz带宽，0.7-ns脉冲宽度）作为光源和用于光束传输的单模光纤的组合。然而，光纤引入非线性效应，特别是自相位调制（SPM）。我们研究了光子晶体光纤（PCF）中的SPM。SPM使激光束的光谱变宽，降低了亮激光导星的产生效率。我们使用频谱分析仪测量了频谱宽度。我们发现在半高宽（FWHM）的频谱宽度为8.4 GHz。我们的激光光谱的原始FWHM是1.4 GHz。这相当于损失了70%的激光能量。我们还测量了钠电池的亮度，并评估了其性能作为激光波长的函数。细胞的亮度显示出一种特殊的趋势;具体地说，即使波长变化超过5 pm，它也不会熄灭。为了减少SPM的影响，我们开发了一种光学系统，将一个激光脉冲分成四个低功率脉冲。通过新光学系统后的激光峰值功率降低到原来的四分之一，减少了SPM对钠电池的影响。新系统产生的实际激光引导星比原始系统产生的激光引导星亮0.41等。我们通过分割激光脉冲以降低其峰值强度来实现更明亮的激光引导星的产生。这是光纤激光中继的一种有效方法。
2012-02-27 astro-ph.IM
Laser guide star return-flux gain from frequency chirping
光谱烧孔降低钠激光导星效率。由于光子反冲，最初与单频激光共振的原子得到多普勒频移，从而减少了返回通量。频率啁啾（也称为频率扫描）连续波激光器有可能减轻光谱烧孔的影响，甚至将激光导星效率提高到单频激光器的理论极限之外。在天空中测量的频率啁啾，单频激光导星进行的罗克德洛斯Muchachos天文台在拉帕尔马。在实验中，采用35厘米望远镜和快速光子计数接收器系统来解析激光频率扫描期间的返回通量响应，以深入了解钠层的粒子数动态。在发射激光功率为16.5W时，与固定频率激光相比，获得了22%的最大增益。我们的研究结果表明，在中间层的功率密度，即激光功率和看到啁啾增益的强烈依赖。如理论所预测的，在150 MHz量级的啁啾幅度和0.8 MHz的啁啾速率$μ$/$^{-1}$处记录最大增益。啁啾期间的时间分辨测量证实了我们对钠层中的种群动力学的理解。据我们所知，这是第一次测量返回通量增强的激光引导星激发的单频啁啾连续波激光。对于更高的激光功率，啁啾的有效性预计会增加，这对于配备有高功率激光导星自适应光学系统的望远镜以及对于使用激光导星的新兴空间意识应用（例如卫星成像和地对空光学通信）可能非常有益。
2021-12-15 astro-ph.IM physics.optics
Towards Laser-Guide-Stars for Multi-Aperture Interferometry: an application to the Hypertelescope
光学干涉测量法已经成功地在明亮的恒星上实现了毫角秒的分辨率。成像性能可以通过增加基线的数量来大大提高，这促使人们提出了建造大型（~ 100米）光学干涉仪的建议，其中包括数十至数百个望远镜。自适应校正大气湍流以获得天体物理源的直接相位图像也是期望的。当一个自然的引导星是不可用的，我们调查的可行性，使用修改后的激光引导星技术，是适合于大稀释孔径。该方法包括使用子孔径在钠层中创建人造恒星阵列，并使用相同的子孔径收集后向散射光。我们提出了一些数值和实验室模拟，量化的要求和灵敏度的技术。
2014-01-31 astro-ph.IM
Metasurface-based Toroidal Lenslet Array Design for Addressing Laser Guide Star Elongation
针对巨型麦哲伦望远镜激光导星拉长问题，提出基于纳米工程超光学元件的超透镜阵列设计，实现空间变化的变形图像比例压缩，在8mm焦距下提供约100%图像缩减，有效改善波前传感信息采样。
2024-04-29 astro-ph.IM physics.optics
The Robo-AO software: Fully autonomous operation of a laser guide star adaptive optics and science system
Robo-AO是第一个天文学激光导星自适应光学（AO）系统，旨在完全独立于人类监督运行。一台计算机控制AO系统、激光导航星、可见光和近红外科学相机（兼作尖端传感器）、望远镜和其他仪器功能。2011年底演示了自动启动和关闭序列以及串联可见观测。完全机器人软件目前正在帕洛玛天文台60英寸望远镜上进行为期一个月的Robo-AO演示。
2013-01-28 astro-ph.IM
Raman-scattered laser guide star photons to monitor the scatter of astronomical telescope mirrors
2017年6月，在甚大望远镜（VLT）上方的空气分子对激光引导星光子进行了拉曼散射的首次观测。最初的探测来自多单元光谱探测器（MUSE）光学积分场摄谱仪，在VLT的单元望远镜4（UT 4）上安装了4激光导星设施（4LGSF）之后。在这封信中，我们通过监测拉曼光子在27个月内对MUSE观测的光谱污染，进一步深入研究了4LGSF激光引导星系统，UT 4望远镜和MUSE之间的共生关系。该数据集揭示了沉积在UT 4的第一和第三反射镜上的尘埃颗粒-在6000 nm处造成约8%的反射率损失-对MUSE检测到的激光线通量的贡献为（60$ \pm 5）%。拉曼谱线的通量污染了用光学光谱仪获得的科学观测结果，因此提供了一种新的非侵入性手段来监测配备激光导星系统的天文望远镜镜子的散射特性的演变。
2018-10-02 astro-ph.IM
Can amplified spontaneous emission produce intense laser guide stars for adaptive optics?
自适应光学（AO）是地基光学和红外天文学的关键技术之一，具有高角分辨率和灵敏度。采用激光导引星（LGS）的自适应光学系统可以获得高的天空覆盖率，但其性能受到LGS返回通量的限制。我们研究了两种可能产生高强度大气激光信标的新方法的潜力。放大的自发发射有可能提高高层大气中原子或分子物种的传统共振激发产生的信标的强度。这需要在光学厚度到受激发射的电子跃迁中产生粒子数反转。潜在的激发机制包括连续波泵浦、脉冲激发和等离子体产生。或者，高功率飞秒脉冲激光可以在大气层中产生白光超连续谱。这种光源的宽带辐射也有助于探测大气湍流的倾斜分量。
2020-12-22 astro-ph.IM
Laser-guide-stars used for cophasing broad capture ranges
分段主镜对于控制空间分辨率的稳定增加是必不可少的。相位光学系统必须减少段错位，以保证天文科学计划所需的高光学质量。现代望远镜通常使用自适应光学系统来补偿大气，并使用激光导星来制造人造恒星作为观测领域的明亮参考。由于多个激光导星自适应光学正在实施的所有主要天文台，我们建议使用人造星不仅自适应光学，但相位光学。我们提出了一种称为双波长相干技术（DWCT）的方法，利用钠的D线在中间层使用激光导星。然后使用信号相干特性。DWCT的捕获范围超过目前能力的100倍。它通过将相位光学捕获范围从微米级提高到毫米级来代表范例的变化。因此，它潜在地消除了对人工机械预定相步骤的需要。超大型望远镜需要数百个片段，其中一些需要每天更换以重新涂覆。DWCT放宽了机械集成要求，加快了集成和再集成过程。
2016-07-28 astro-ph.IM
Design of pre-optics for laser guide star wavefront sensor for the ELT
本文研究了用于激光导引恒星波前传感器主动再聚焦的变焦系统的光学设计。该系统是根据来自欧洲（E）-ELT的第一光积分场摄谱仪-极大望远镜（ELT）-HARMONI仪器的规格设计的。该系统必须根据望远镜指向和入射光束的大偏心来提供激光引导的重新聚焦。该系统考虑了四个移动透镜组，它们中的每一个都是具有一个非球面表面的双合透镜。这种解决方案的优点和缺点方面的组件位移和复杂的表面进行了详细描述。实验结果表明，该系统的波前残余误差的中值为13.8- 94.3nm，最大值<206 nm，出瞳畸变率为0.26-0.36%。
2017-11-16 astro-ph.IM
Estimation of the laser guide star uplink tip-tilt using aperture size diversity
Laboratoire d’Astrophysique de Marseille（马赛天文物理实验室）；Space ODT；DOTA, ONERA（ONERA DOTA）；Faculty of Engineering, University of Porto（波尔图大学工程学院）；INESC TEC – Institute for Systems and Computer Engineering, Technology and Science（科技科学与工程系统计算机工程研究所）
研究激光导星上行链路倾斜估计问题，核心方法是利用单基地配置的激光发射望远镜获取遥测数据，通过孔径尺寸分集结合线性最小均方误差估计器来解算，模拟得出不同湍流层下的残余误差，为相关研究提供了新方法。
2026-09-17 astro-ph.IM
Monte-Carlo modelling of multi-conjugate adaptive optics performance on the European Extremely Large Telescope
宽视场自适应光学系统的性能取决于输入设计参数。在这里，我们研究的性能的多共轭自适应光学系统设计的欧洲极大望远镜，使用端到端的蒙特卡罗自适应光学仿真工具，DASP。我们考虑的参数，如激光引导星的数量，钠层的深度，波前传感器的像素规模，变形镜的数量，镜共轭和致动器间距。我们提供可以节省成本的潜在领域，并研究性能和成本之间的权衡。我们的结论是，一个6激光制导星系统使用3 DM似乎是一个甜蜜点的性能和成本的妥协。
2015-08-11 astro-ph.IM
Using the generalised-optical differentiation wavefront sensor for laser guide star wavefront sensing
激光导引星（LGS）被用于许多自适应光学系统中以扩大天空覆盖范围。与LGS组合使用的最常见的波前传感器是Shack-Hartmann波前传感器（SHWFS）。Shack-Hartmann对于扩展源波前传感具有主要缺点，因为它直接对图像进行采样。在这一过程中，我们提出使用广义光学差分波前传感器（g-ODWFS）的波前传感器的波前传感器的LGS。g-ODWFS每个子孔径仅使用4个像素，几乎没有混叠噪声，因此没有杂散低阶误差，并且不需要质心增益校准。在这一过程中，我们将展示g-ODWFS与SHWFS进行比较的模拟结果。
2020-12-03 astro-ph.IM
A tomographic algorithm to determine tip-tilt information from laser guide stars
激光导引星（LGS）大大提高了自适应光学（AO）系统的天空覆盖率。由于LGS经历的上行链路湍流，仍然需要天然导航星（NGS），以防止全面的天空覆盖。我们提出了一种方法，获得部分的倾斜倾斜信息，从LGS单独在多LGS层析LGS AO系统。LGS上行链路倾斜确定的方法是使用几何方法推导出来的，然后对层析AO的学习和应用算法进行了修改，以适应上行链路倾斜。仿真结果表明，该方法对高空倾斜校正效果良好，但对低空倾斜校正效果不佳。我们建议，该方法与多个远离轴倾斜NGS相结合，以提供增益的性能和天空覆盖率超过目前的层析AO系统。
2016-03-15 astro-ph.IM
Laser Guide Star uplink beam: scattering and Raman emission measurements with the 10.4m Gran Telescopio CANARIAS
激光导星自适应光学（LGS-AO）在几个天文观测站已成为常规。使用强大的激光器在上行链路激光束路径上产生可感测的拉曼发射，加上来自大气分子的二次瑞利散射和来自气溶胶的米氏散射。本文报告了10.4米大望远镜CANARIAS（GTC）完成的活动的结果，该活动是为了评估光谱和光度污染来自589 nm激光上行链路光束散射和拉曼发射引起的GTC光谱成像仪OSIRIS由激光发射约1公里离轴。光度污染是由于上行光子的初级和次级散射以及拉曼非弹性散射造成的。我们已经传播了激光束，创建一个中间层LGS，然后将GTC望远镜指向并聚焦到上行链路激光束，在不同的高度和LGS，考虑到观测几何。在我们的观测中，O2和N2振动线的拉曼发射在20公里处可见，随着高度的增加而减弱，在30公里以上变得不可检测。聚焦上行光束的散射在距离光束中心小于+/-0.2弧分处可检测到，而对于聚焦LGS，散射较窄，在羽流周围小于+/-0.1弧分处可检测到。对激光交通控制系统（LTCS）提出了相应的建议。
2022-08-02 astro-ph.IM
Natural guide-star processing for wide-field laser-assisted AO systems
激光辅助AO观测的天空覆盖范围在很大程度上取决于系统对最微弱的自然导星的引导能力。在这里，我们给出了我们的天然导星处理的最新状态，为欧洲ELT的可见光和近红外（0.47至2.45 μm）积分场摄谱仪-谐波。我们使用空间-角度方法对等晕和非等晕倾斜模式进行处理，从而直接在光瞳平面中估计波前，避免了我们目前使用的35层轮廓上的繁琐的显式分层估计。以谐波的情况下，我们涵盖了波前传感器的选择，引导星的数量和字段位置，优化算法，以击败角非等晕性和性能得到不同的时间控制器下分裂高阶/低阶层析成像或联合层析成像。我们考虑大气和更大的望远镜风抖振扰动。此外，我们还提供了由此获得的天空覆盖估计。
2016-07-18 astro-ph.IM
Laser Guide Star for Large Segmented-Aperture Space Telescopes, Part I: Implications for Terrestrial Exoplanet Detection and Observatory Stability
未来分段孔径空间望远镜的精确波前控制提出了重大挑战，特别是在高对比度系外行星直接成像的背景下。我们提出了一种新的波前控制架构，将地面人工引导星的概念与第二艘航天器上的激光源一起转换到太空，在望远镜视场内编队飞行。我们描述的激励问题的反射镜段运动和开发波前传感要求作为一个功能的引导星的大小和段运动功率谱。几个不同的发射机功率，指向抖动和波长值的例子，以说明具有非恒星级噪声限制波前传感器的空间望远镜的优点和挑战。这些概念上的设计允许增加控制权限，可能会将航天器的稳定性要求放宽两个数量级，并通过允许对任意亮度的恒星进行高对比度观测来增加地球系外行星的发现空间。
2018-11-13 astro-ph.IM
Impact of Laser Guide Star facilities on neighbouring telescopes: The case of GTC, TMT, VLT and ELT lasers and the Cherenkov Telescope Array
强大的激光导星（LGS）系统是下一代超大型望远镜的标准配置。然而，现代地球天文学已经经历了一个集中在少数具有特殊天空质量的地点的过程，导致这些地点变得越来越拥挤。因此，未来的LGS系统会遇到周围天文设施的环境，其中一些观测具有大视场。我们推导出公式来计算LGS光对邻近望远镜的相机的影响以及激光穿过相机视场发生的概率，并将其应用于下一个非常高能量伽马射线天文台“切伦科夫望远镜阵列”（CTA）的具体情况。它的南部将建在智利Cerro Armazones的山谷中，靠近“甚大望远镜”（VLT）和“欧洲极大望远镜”（ELT），而它的北部将位于La Palma加那利岛的“Observatorio del Roque de los Muchachos”，它也是“加那利群岛大望远镜”（GTC）的所在地，并作为“三十米望远镜”（TMT）的可选站点，两者都采用LGS系统。虽然在CTA望远镜的视场中找到人造恒星不会对观测造成很大的干扰，但穿过CTA望远镜视场的激光束可能是关键。我们发现ELT激光器没有预期的冲突，但是，1%（3%）的银河系外和1%（5%）的银河系观测与CTA可能会受到GTC（TMT）LGS激光器的影响，除非激光跟踪控制系统的增强版本得到实施。
2018-08-11 astro-ph.IM
Event-based Detectors for Laser Guide Star Tip-Tilt Sensing
本文研究基于事件的传感器在激光导星倾斜感知中的应用，利用其高时间分辨率和高动态范围特性，通过实验表征不同倾斜与背景照明条件下的性能，证明其是解决LGS自适应光学中倾斜测量难题的有力方案。
2025-04-09 astro-ph.IM
C-MORE : the laser guide star wavefront sensor
在发布了用于自然导星波前传感的可见光和红外参考相机解决方案之后，我们将展示First Light Imaging的C-MORE的第一个结果，这是第一个激光导星波前传感器相机。在Opticon WP 2欧洲资助的项目（INFRAIA 2016-2017，赠款协议编号730890）中，该项目已被设定为开发LGS相机，必须探索基于现有传感器的快速路径解决方案，为ELT项目提供经过工作验证的相机，为第一个光计划做好准备。根据这项研究的结果，C-MORE是一款基于CMOS的相机，具有1600 x1100像素（9 um间距）和500 FPS刷新率。它的发展是为了满足未来基于激光的自适应光学系统（LGS）的大部分需求，这些系统将部署在20- 40米级望远镜以及较小的望远镜上。该算法采用全局快门结构，不会在波前重构中引入差分时间误差，简化了整个指令回路。我们提出了相机的整体架构，尺寸，重量，接口，其主要功能和测量性能的噪声，暗电流，量子效率和图像质量，这是最重要的参数，为这个应用程序。由于该解决方案的成本非常低，因此该相机也可用于生命科学和高端工业应用，这也是Opticon项目的目标。
2019-10-01 astro-ph.IM
Initial modeling and testbed feasibility studies of WaveDriver: a laser guide star AO system for HWO
Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）；University of California Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校）
WaveDriver通过外部激光导星航天器放宽HWO的波前稳定性需求，测试台验证了可行性，并量化了关键误差。
2026-09-22 astro-ph.IM
HARMONI at ELT: designing a laser guide star wavefront sensors for the ELT
HARMONI是ELT的第一台可见光和近红外积分场光谱仪，覆盖了450 nm至2450 nm的大光谱范围，分辨率为3500至18000，空间采样为60 mas至4 mas。它可以在两种自适应光学模式（SCAO和LTAO）下工作，也可以不使用AO。该项目正在为最终设计审查做准备。激光断层AO（LTAO）系统通过两个系统提供了具有非常高天空覆盖率的AO校正：激光引导星敏感器（LGSS）和自然引导星敏感器（NGSS）。LGSS专门用于分析ELT产生的6颗激光引导星的波前。它由6个独立的波前传感器（WFS）模块组成，安装在直径为600 mm的旋转器上，以将瞳孔稳定在探测器前面的微透镜阵列上。光学设计接受长达16弧秒的细长光斑，使用SONY的CMOS探测器无截断。我们将介绍基于自由曲面透镜的LGSS的最终光学和机械设计，以最大限度地减少光学元件的数量，并适应钠层配置的多样性。我们将专注于旋转器的设计，说明我们将如何在限制性环境中以90”的精度移动1吨。最后，我们将提出在HARMONI环境中验证系统的策略。验证的主要挑战是如何在不访问ELT的一部分可变形镜的情况下测试AO系统。
2022-07-18 astro-ph.IM
MAORY/MORFEO and rolling shutter induced aberrations in laser guide star wavefront sensing
用于下一代超大望远镜（ELT）的激光导星（LGS）Shack-Hartmann（SH）波前传感器需要低噪声、大幅面（约1 Mpx）、快速的探测器，以满足大量子孔径和非常细长光斑的良好采样的需求。为满足这一需求而设想的一种途径是采用具有滚动快门读出方案的CMOS检测器，其允许以由于检测器行在不同时刻曝光而导致的图像失真为代价的低读出噪声和快速读出时间。在这项工作中，我们分析了滚动快门读出方案的影响时，用于LGS SH波前传感的多共轭自适应光学中继ELT观测（MORFEO，以前称为MAORY）用于ESO ELT;特别地，我们关注在快速变化像差的情况下由滚动曝光产生的畸变诱导像差对自适应光学校正的影响，像来自由于激光束的上行链路传播而引起的LGS倾斜抖动的那些。我们发现，LGS抖动引起的像差MORFEO可以高达100 nm rms，我们讨论了可能的缓解策略。
2022-08-04 astro-ph.IM
Ingot Laser Guide Stars Wavefront Sensing
我们重新审视一类z不变波前传感器，其中LGS在望远镜孔径旁边发射。以这种方式，相对于发生共振散射的高度，存在对焦平面的空间依赖性。我们修改的基本参数涉及的几何形状，我们提出了各种价值函数来定义有多少改进可以通过一个z不变的方法。我们表明，折射的方法是不可行的，我们讨论了几种解决方案，涉及反射的，在什么被昵称为“锭波前传感器”讨论的自由度，以保持跟踪和光学设计的基本配方。
2018-08-01 astro-ph.IM
WaveDriver: a Laser Guide Star AO System for HWO
Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）；University of California Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校）
HWO面临需要比JWST稳定100倍的挑战，WaveDriver是一种与HWO上的自适应光学系统结合的激光导星航天器概念，能够实现皮米级波前稳定性要求，同时放宽其他HWO子系统要求。
2026-05-18 astro-ph.IM
Visible near-diffraction limited lucky imaging with full-sky laser assisted adaptive optics
幸运成像技术和自适应光学都需要自然引导星，从而限制天空覆盖范围，即使使用激光引导星也是如此。幸运的成像技术在较大的望远镜上变得不太成功，除非使用自适应光学，因为在整个望远镜光瞳中具有良好行为的湍流的图像的分数变得非常小。在这里，我们介绍了一种技术相结合的幸运成像技术与层析激光导星自适应光学系统的大望远镜。该技术不需要任何自然引导星用于自适应光学，因此提供了全天空覆盖的自适应光学校正。此外，我们介绍了一种新的方法，幸运图像选择的基础上剩余波前相位测量的自适应光学波前传感器。我们进行了Monte-Carlo模拟，并证明了在0.7角秒的平均视宁度条件下，0.5米的变形镜间距和全自适应光学天空覆盖的I波段Strehl比高达35%。我们表明，这种技术是适合于使用幸运的成像参考星微弱的18等，更微弱的，如果使用更先进的图像选择和定心技术。
2014-05-08 astro-ph.IM
On-sky demonstration of matched filters for wavefront measurements using ELT-scale elongated laser guide stars
自适应光学系统的性能部分地取决于实时控制系统中用于计算波前斜率测量的算法。我们演示了使用匹配滤波器算法处理细长的激光导星（LGS）夏克-哈特曼图像，使用的是4.2米威廉赫歇尔望远镜和欧洲南方天文台Wendelstein LGS单位放置40米远的CANARY自适应光学仪器。这个算法已经被选择用于即将到来的30米望远镜，但直到现在还没有在天空中演示过。从第一次观测运行的结果，我们表明，匹配滤波的使用提高了我们的自适应光学系统的性能，增加在天空H波段Strehl测量到约1.1的因素，相对于传统的重心的方法。我们描述了所使用的算法，以及我们实现的方法，使天空演示。
2017-02-13 astro-ph.IM
From atomic physics, to upper-atmospheric chemistry, to cosmology: A "laser photometric ratio star" to calibrate telescopes at major observatories
由于暗能量，我们的宇宙正在加速膨胀。但自上世纪末发现以来，暗能量的本质一直是个谜。在Research Highlights https://doi.org/10.1002/ntls.20220003中，Justin Albert，Dmitry Budker和Hossein Sadeghpour概述了激光光度比星（一种由激光激发地球上层大气钠层产生的新型光源，它将在589 nm和820 nm波长下同样明亮地辐射）如何帮助我们精确校准望远镜，以了解暗能量的性质。
2022-03-14 astro-ph.CO astro-ph.IM physics.atom-ph
