4LGSF : 파라날 천문대 상공에 발사된 4개 레이저 가이드별

 

Credit:ESO/F. Kamphues

 

사진 1> 이 멋진 사진은 VLT 4번 망원경에 장착된 새로운 레이저 시스템으로부터 발사되는 4개의 레이저를 담아내고 있다.

 

2016년 4월 26일 ESO 파라날 천문대는 ESO 초대형망원경(Very Large Telescope, VLT) 적응광학시스템의 핵심부분을 담당하고 있는 4개의 강력한 레이저를 처음으로 구동하는 행사를 가졌다.

참석자들은 파라날 천문대의 장대한 하늘에 최첨단 레이저 기술이 만들어내는 장관을 만끽하였다.
이 레이저 장비는 지금까지 천문학 관측을 위해 사용된 것 중 가장 강력한 레이저 가이드별 시스템이며 다중 레이저 가이드 시스템으로는 ESO에서 처음 시도된 것이기도 하다.

 

ESO의 직원들은 새로운 시스템의 각 부분을 분담하여 개발한 회사의 대표들과 함께 이번 행사에 참여하였다.

 

사진 2>  행사에 참여한 저명인사들 Credit:ESO/F. Kamphues

 

4개 레이저 가이드별 설비 (The Four Laser Guide Star Facility, 이하 4LGSF)는 22와트의 레이저빔을 하늘에 발사하여 대기 상층에 나트름 원자를 이용한 인위적인 가이드별을 만들게 되는데 이 별은 마치 실제 별처럼 보이게 된다. [1]

 

이렇게 만들어진 인공별은 적응광학시스템이 대기의 어른거림을 상쇄할 수 있도록 해주며 그 결과 더 뛰어난 화질의 상을 얻을 수 있게 된다.

그런데 하나 이상의 레이저를 사용하게 되면 대기의 기류를 훨씬 더 정밀하게 추적할 수 있게 되어 좀 더 큰 화상에서도 현저히 개선된 화질을 얻을 수 있게 된다.

 

사진 3>  이 구성도는 4LGSF가 어떻게 VLT 4번 망원경에 설치되었는지를 보여주고 있다.  각 구성 부분이 설명되어 있다.  Credit:ESO/L. Calcada

 

4LGSF는 ESO가 어떻게 복잡한 연구와 개발 프로젝트를 통해 유럽의 산업을 선도하는지 보여주는 예이다.
4LGSF가 사용하는 레이저광섬유는 ESO가 개발한 기술을 가장 성공적으로 산업화한 경우에 해당한다.

 

독일의 주 계약사인 TOPTICA는 레이저 시스템에 대한 책임을 맡고 발진기와 주파수 2배기, 그리고 시스템을 통제하는 소프트웨어를 공급하였다.

 

TOPTICA의 대표인 빌헬름 캔더스(Wilhelm Kaenders)의 소감은 다음과 같다.

"TOPICA는 항상 ESO와의 협업을 무시무시할 정도로 즐기고 있습니다.
ESO와의 작업은 천문학에 대한 개인적인 오래 전의 열정을 다시 불러 일으킨다는 측면에서도 매우 즐거운 일이었고,  ESO의 천재적인 기술자들과 함께 협업하는 것도 대단히 흥미로운 일이었습니다.
또한 상업적인 측면에서 있어서 새로운 제품을 개발하는데도 영감을 얻을 수 있었죠."[2]

 

캐나다의 MPBC는 ESO의 면허 하에 섬유레이저 펌프와 라만 증폭기를 공급하였다.

 

MPBC제인 바친스키( Jane Bachynski) 대표의 소감은 다음과 같다.
"MPBC가 ESO와의 협업 하에 고출력의 라만 광레이저 증폭기를 개발했다는 데에 큰 자부심을 느낍니다.
이번 행사는 수년 동안의 노고가 만들어낸 성과를 공표하는 자리로서 의미가 있다고 생각합니다."[3]
 
네덜란드의 TNO는 레이저 빔을 확장시키고 이를 하늘로 발사해내는 광학튜부조립품을 생산하였다.

TNO의 CEO 폴드크롬(Paul de Krom)의 소감은 다음과 같다. 
"TNO는 광학튜브조립품의 개발에 함께 참여하게 된 것을 값진 기회로 생각하고 있습니다.
그리고 향후 ESO 및 4LGSF의 다른 협력사와도 함께 작업할 수 있는 기회를 얻기를 고대하고 있습니다."[4]
 
4LGSF는 VLT의 4번 망원경에 설치된 광학적응설비의 일부로서 네 개의 나트륨 레이저 가이드 별들과 함께 GALACSI/MUSE 및 GRAAL/HAWK-I  에 적응광학 시스템을 제공하기 위해 특별히 설계되었다.

이 새로운 설비들과 함께 파라날 천문대는 적응광학시스템으로서는 가장 앞선, 가장 대규모의 설비들을 지속적으로 운용할 수 있게 되었다.

 

ESO 및 산업체와 함께 개발된 4LGSF 레이저는 이미 켁 천문대 및 쓰바루 망원경과 같은 다른 기관에 판매되었다.
켁 천문대의 경우 유럽 위원회와 함께 레이저 개발 비용을 지원하기도 했다.

향후 이 산업 레이저는 제미니 천문대의 망원경에 채택될 것이다.
그리고 또다른 여러 천문대 및 초대형망원경 프로젝트에도 우선 채택될 것으로 보인다.

 

4LGSF를 위해 개발된 새로운 기술들은 세계에서 가장 거대한 망원경을 구축하는 프로젝트인 유럽 초대형망원경(the European Extremely Large Telescope, E-ELT)에 적용될 적응광학시스템을 위한 선도를 개척한 것이라 할 수 있다.

 

이하 : VLT 4번 망원경에 설치된 새로운 레이저 시스템에서 발사되는 레이저의 다양한 모습들

 

사진 4>  Credit:ESO/G. Hudepohl

 

 

사진 5>  Credit:ESO/G. Hudepohl

 

 

사진 6>  Credit:ESO/S. Lowery

 

 

사진 7> Credit:ESO/S. Lowery

 

 

사진 8>  VLT 4번 망원경에 장착된 레이저 시스템.  중앙 바로 위에 보이는 검은색 상자들이 레이저 발사 기기이며  그 옆으로 전자기기들이 보인다. Credit:ESO/F. Kamphues

 

 

사진 9> Credit:ESO/G. Hudepohl

 

 

사진 10> Credit:ESO/F. Kamphues

 

 

사진 11> Credit:ESO/G. Hudepohl

 

 

사진 12> Credit:ESO/F. Kamphues

 

 

사진 13> Credit:ESO/F. Kamphues

 

 

사진 14> Credit:ESO/F. Kamphues

 

 

사진 15> Credit:ESO/F. Kamphues

 

 

사진 16> Credit:ESO/F. Kamphues

 

 

각주

[1] 4LGSF는 VLT의 4번 망원경에 적용된 적응광학설비를 위해 ESO가 제작한 2세대 레이저 가이드별 설비이다.

4LGSF를 위한 두 개의 핵심적인 첨단 품목인 레이저 시스템과, 레이저 발사 망원경 시스템을 위한 광학튜브부품들은 산업계로부터 조달되었다. 
4LGSF가 기반을 두고 있는 라만레이저광섬유 기술은 ESO에서 개발되었으며 특허 및 면허가 산업계로 이전되었다.

 

[2] 이번 프로젝트에서는 TOPTICA가 기술을 활용하여 새로운 주파수와 출력관리체계를 가진 제품으로 외연을 확장하는 것을 허용하였다. 
이를 기반으로 현재 존재하거나 향후 개발이 계획되어 있는 전세계 망원경에 있어 준표준 단계로 알려져 있는 소디움스타 20/2(SodiumStar 20/2)를 생산하고 있다. 
일례로 차세대 초대형 망원경 프로젝트들은 기반설비로 소디움스타를 사용하게 될 것이다. 
ESO와 협업을 진행한 지난 7년 동안 이 회사의 직원은 80명에서 200명으로 늘어났다.

[3] MPBC 역시 ESO와의 협업으로 가상의 모든 주파수에서 활용 가능한 단일주파수증폭기라는 새로운 파생상품으로 또다른 이득을 얻을 수 있었다.
이는 과학적 또는 상업적 연구 집단에 새로운 어플리케이션의 촉발을 가능하게 해주고 있다.

 

[4] TNO에 의해 개발되는 물품들은 네덜란드 내의 여러 협력사(Vernooy, Vacutech, Rovasta, Schott Benelux, Maxon Motor Benelux, IPS technology, Sensordata and WestEnd) 및 다른 나라의 여러 기업(RMI, Qioptiq, Laser Components, Carl Zeiss, GLP, Faes, Farnell, Eriks and Pfeiffer)에 파급효과를 불러 일으켰다. 
ESO와 작업을 진행하면서 천문학, 통신, 반도체 생산, 의료기기, 우주과학 및 지구 관측 등에 대한 여러 첨단 지식과 기술들이 TNO를 비롯한 여러 유럽 협력사에 전파되었다.
   

출처 : 유럽 남반구 천문대(European Southern Observatory) Organisation Release  2016년 4월 27일자 
         http://www.eso.org/public/news/eso1613/
        

참고 : VLT를 비롯한 우주탐사선 및 다양한 관측장비에 대한 포스팅은 하기 링크 INDEX를 통해 조회할 수 있습니다.
           https://big-crunch.tistory.com/12348025

 

 

원문>

eso1613 — Organisation Release

Four Lasers Over Paranal

First light for the Four Laser Guide Star Facility on ESO’s Very Large Telescope

27 April 2016

On 26 April 2016 ESO’s Paranal Observatory in Chile hosted an event to mark the first light for the four powerful lasers that form a crucial part of the adaptive optics systems on ESO’s Very Large Telescope. Attendees were treated to a spectacular display of cutting-edge laser technology against the majestic skies of Paranal. These are the most powerful laser guide stars ever used for astronomy and the event marks the first use of multiple laser guide stars at ESO.

ESO staff were present for the event, along with senior representatives of the companies that have manufactured the different components of the new system.

The Four Laser Guide Star Facility (4LGSF) shines four 22-watt laser beams into the sky to create artificial guide stars by making sodium atoms in the upper atmosphere glow so that they look just like real stars [1]. The artificial stars allow the adaptive optics systems to compensate for the blurring caused by the Earth’s atmosphere and so that the telescope can create sharp images. Using more than one laser allows the turbulence in the atmosphere to be mapped in far greater detail to significantly improve the image quality over a larger field of view.

The Four Laser Guide Star Facility is an example of how ESO enables European industry to lead complex research and development projects. The fibre laser used by the 4LGSF is also one of the most successful transfers of ESO technology to industry.

TOPTICA, the German main contractor, was responsible for the laser system and provided the oscillator, the frequency doubler, and the system control software. Wilhelm Kaenders, president of TOPTICA, said: “TOPTICA has enjoyed the collaboration with ESO tremendously. It is not only the personal thrill of being engaged with astronomy, an old passion, again, and working with very clever ESO technologists; it is also the inspiration that we have received for our own commercial product development.” [2]

MPBC of Canada provided the fibre laser pumps and Raman amplifiers, which are based on an ESO licensed patent. Jane Bachynski, President of MPB Communications Inc. said: “MPBC is proud to have worked with ESO in the development of Raman fibre amplifiers to much higher powers, allowing MPBC to bring this technology to the stars. This event marks the culmination of many years of hard work on behalf of all involved.” [3]

TNO in the Netherlands manufactured the optical tube assemblies, which expand the laser beams and direct them into the sky. Paul de Krom, CEO of TNO, said: “TNO valued the cooperative working environment during the development of the optical tube assemblies and looks forward to the opportunity to work with ESO and the other partners in the 4LGSF project in the future.” [4]

The 4LGSF is part of the Adaptive Optics Facility on Unit Telescope 4 of the VLT, designed specifically to provide the adaptive optics systems GALACSI/MUSE and GRAAL/HAWK-I with four sodium laser guide stars. With this new facility, Paranal Observatory continues to have the most advanced and the largest number of adaptive optics systems in operation today.

The 4LGSF lasers were developed by ESO with industry and have already been procured, among others, by the Keck Observatory (which contributed to the industrial laser development cost along with the European Commission) and the Subaru Telescope. In the future these industrial lasers will also feature on the telescopes at the Gemini Observatory and will be the preferred choice for several other observatories and extremely large telescope projects.

The new techniques developed for the Four Laser Guide Star Facility pave the way for the adaptive optics system of the European Extremely Large Telescope (E-ELT), the world’s biggest eye on the sky.

Notes

[1] The 4LGSF is the second generation laser guide star facility, built by ESO for the Adaptive Optics Facility on the UT4 VLT telescope. The two critical long-lead items for the 4LGSF, the laser system and the optical tube assemblies for the laser launch telescope systems have been procured from industry. The fibre Raman laser technology, on which the 4LGSF laser system is based, has been developed at ESO, patented and licensed to industry.

[2] This project has allowed TOPTICA to extend its products into a new wavelength and output power regime. It now produces the SodiumStar 20/2, which is recognised as a quasi-standard for existing and planned telescopes around the world. All next generation extremely large telescope projects, for example, use the SodiumStar laser as their baseline. During the seven years of collaboration with ESO the company has grown from 80 people to more than 200 today.

[3] MPBC’s collaboration with ESO has also generated an additional benefit, in the form of an offshoot product line of single frequency amplification products at virtually any wavelength, supporting novel applications for the scientific and commercial research community.

[4] The developments by TNO also involved contributions from many suppliers from the Netherlands (Vernooy, Vacutech, Rovasta, Schott Benelux, Maxon Motor Benelux, IPS technology, Sensordata and WestEnd) and other international companies (RMI, Qioptiq, Laser Components, Carl Zeiss, GLP, Faes, Farnell, Eriks and Pfeiffer). The knowledge and technologies advanced by working with ESO feed into TNO’s Dutch and European partners, in fields including astronomy, communications, semiconductor manufacturing, medical devices, space science and Earth observation.

More information

ESO is the foremost intergovernmental astronomy organisation in Europe and the world’s most productive ground-based astronomical observatory by far. It is supported by 16 countries: Austria, Belgium, Brazil, the Czech Republic, Denmark, France, Finland, Germany, Italy, the Netherlands, Poland, Portugal, Spain, Sweden, Switzerland and the United Kingdom, along with the host state of Chile. ESO carries out an ambitious programme focused on the design, construction and operation of powerful ground-based observing facilities enabling astronomers to make important scientific discoveries. ESO also plays a leading role in promoting and organising cooperation in astronomical research. ESO operates three unique world-class observing sites in Chile: La Silla, Paranal and Chajnantor. At Paranal, ESO operates the Very Large Telescope, the world’s most advanced visible-light astronomical observatory and two survey telescopes. VISTA works in the infrared and is the world’s largest survey telescope and the VLT Survey Telescope is the largest telescope designed to exclusively survey the skies in visible light. ESO is a major partner in ALMA, the largest astronomical project in existence. And on Cerro Armazones, close to Paranal, ESO is building the 39-metre European Extremely Large Telescope, the E-ELT, which will become “the world’s biggest eye on the sky”.

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