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Título: Experimentos práticos para sistemas de óptica adaptativa laser em telescópios gigantes
Título(s) alternativo(s): Practical experiments for laser adaptive optics systems on giant telescopes
Autor(es): Lourenço, Edilson José de Carvalho
Orientador(es): Mello, Alexandre José Tuoto Silveira
Palavras-chave: Óptica adaptativa de estrela guia a laser
Instrumentos ópticos
Atmosfera - Observações à laser
Estrelas - Observações
Detectores
Simulação (Computadores)
Estatística - Análise
Laser guide star adaptive optics
Optical instruments
Atmosphere - Laser observations
Stars - Observations
Detectors
Computer simulation
Statistics - Analysis
Data do documento: 13-Ago-2025
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: LOURENÇO, Edilson José de Carvalho. Experimentos práticos para sistemas de óptica adaptativa laser em telescópios gigantes. 2025. Dissertação (Mestrado em Física e Astronomia) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2025.
Resumo: Estrelas guias a laser são usadas em óptica adaptativa para simular uma referência no céu, essencial à correção de distorções atmosféricas. No entanto, podem sofrer deformações (alongamento/truncamento), dificultando a medição precisa da frente de onda. O estudo teórico de (PIRES et al., 2024) apresentou bons resultados em simulações, mas faltava validação prática sob condições reais. Este trabalho preenche essa lacuna ao testar, em bancada experimental de óptica adaptativa (AO), um método robusto de busca de centróide, resistente a deformações, visando aprimorar sensores de frente de onda. O método de Verossimilhança (MV), implementado em MATLAB, estima a posição ideal do centróide considerando o perfil da camada de sódio e ruído de Poisson. Os resultados, comparados a centros geométricos de referência, mostraram boa precisão e convergência sob diferentes graus de deformação. Durante os testes, ruídos da própria bancada exigiram adaptações, como o uso de impressões ópticas no lugar do laser. Observou-se um efeito periférico indesejado na detecção do centróide, mitigado com técnicas de thresholding. Apesar de limitações, o método MV se mostrou aplicável em ambientes ruidosos, sugerindo avanços promissores para telescópios de grande porte e novas estratégias de correção em óptica adaptativa.
Abstract: Laser guide stars are used in adaptive optics to simulate a reference point in the sky, essential for correcting atmospheric distortions. However, they can suffer from significant deformations (elongation/truncation), hindering accurate wavefront measurements. While the theoretical study by (PIRES et al., 2024) showed promising results in simulations, experimental validation under real conditions was still lacking. This work addresses that gap by testing, on an adaptive optics (AO) bench, a robust centroiding method resilient to such deformations, aiming to improve wavefront sensors. The Maximum Likelihood (ML) method, implemented in MATLAB, estimates the ideal centroid position based on the sodium layer profile and Poisson noise. Results, compared to geometric reference centers, showed good accuracy and convergence under varying deformation conditions. During testing, environmental noise from the AO bench required adaptations, such as replacing the laser with optical masks. An unwanted peripheral effect in centroid detection—caused by Poisson noise sensitivity—was mitigated using thresholding techniques. Despite some limitations, the ML method proved applicable in noisy environments, pointing to promising developments for large telescopes and new correction strategies in adaptive optics.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/38385
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