Thesis:

Modelado y Control de Sistema de Óptica Adaptativa Sujeto a Vibraciones

The Adaptive Optics technology, implemented in dierent optical applications, is anelementary component in modern ground-based astronomical systems. It provides correctionof aberrations induced by atmospheric turbulence on the beam of light from a celestial body.Thus, it is possible to improve the resolution of scienti c images.The object of study of this Thesis is the MagAO system (6.5m Magellan Telescope AdaptiveOptics), implemented on the Clay Telescope, located at Las Campanas Observatory.Unfortunately, the data obtained by adaptive optics systems, such as MagAO, is altered notonly by atmospheric turbulence, but also by inherent vibrations of the system and additionalvibrations caused by instrumentation elements.Currently, the inuence of vibrations in the images obtained by MagAO is small and isusually neglected. However, in future astronomical projects, it is essential to identify thesevibrations, its nature, magnitude, and mitigation.In this Thesis, power spectral densities are obtained from data captured during astronomicalobservation sessions, to learn how the MagAO system is aected by vibrations. Thisanalysis allows to identify and measure the inuence of the system instruments operatingin MagAO.Based on the spectral analysis of captured data, mathematical models are obtained, todescribe the system and its vibrations. For this process, a standard AO loop is used, takinginto account perturbations induced by turbulence and vibrations, to obtain a linear modelfor MagAO.Finally, the model obtained allows us to propose improvements for the AO loop, throughthe design of control alternatives. The system performance for these controllers is analysedthrough simulations.

La tecnología de la Óptica Adaptativa, presente en diversas aplicaciones ópticas, es un componente elemental en los sistemas astronómicos terrestres modernos. Ésta permite corregir las aberraciones inducidas por la turbulencia atmosférica sobre el haz de luz proveniente de un cuerpo celeste. Así, es posible mejorar la resolución de las imágenes científicas. El objeto de estudio de la presente Tesis es el sistema MagAO (6.5m Magellan Telescope Adaptive Optics), quien dota de óptica adaptativa al Telescopio Clay del Observatorio Las Campanas. Desafortunadamente, la información obtenida por sistemas de óptica adaptativa como MagAO no sólo es alterada por la turbulencia atmosférica, sino también por vibraciones inherentes a los sistemas y vibraciones adicionales causadas por elementos de la instrumentación. Actualmente, la influencia de las vibraciones en la imagen científica obtenida por MagAO es pequeña y suele ser despreciada. Sin embargo, en proyectos futuros de mayor envergadura, será fundamental identificar estas vibraciones, su naturaleza, su magnitud, y su mitigación. En esta Tesis, se obtienen densidades espectrales de potencia a partir de datos capturados durante sesiones de observación astronómica, para conocer cómo el sistema MagAO se ve afectado por vibraciones. Los resultados de este análisis permiten identificar y medir la influencia de los elementos del sistema en el funcionamiento de MagAO. El análisis espectral de los datos capturados permite, además, la obtención de modelos matemáticos para describir el sistema y las vibraciones observadas. Para este proceso, se usa un esquema estándar de lazo de óptica adaptativa, tomando en cuenta las perturbaciones generadas por turbulencia y vibraciones, para obtener un modelo lineal para MagAO. Finalmente, el modelo obtenido permite proponer mejoras en el desempeño del lazo de óptica adaptativa a través del diseño de alternativas de control, obteniendo y comparando resultados mediante simulaciones.