Konsortium

  • MPIA: Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg, Germany (PI institute)
  • INAF: Italian Instituto Nazionale di Astrofisica  Osservatorio Astrofisico di Arcetri in Firenze, Italy
  • Physikalisches Institut der Universität zu Köln, Germany
  • MPIfR: Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn, Germany

Das LINC-NIRVANA Instrument

LINC-NIRVANA (LBT INterferometric Camera -Near-IR / Visible Adaptive INterferometer for Astronomy) ist ein Instrument für das Large Binocular Telescope (LBT) auf dem Mt. Graham in Arizona, USA. Mit seinen zwei 8,4 m Primärspiegeln ermöglicht das Teleskop interferometrische Beobachtungen im Nah-Infrarot Bereich (1 - 2,4 µm) mit einer maximalen Basislänge von 23 m.



Übersicht

LINC-NIRVANA kombiniert das Licht der beiden Spiegeln im so genannten “Fizeau” Modus. Diese Vorgehensweise liefert beugungsbegrenzte Bilder im Nah-Infrarot unter Beibehaltung der Phaseninformation innerhalb eines großen Gesichtsfeldes von 10” x 10”. Im Wellenlängenbereich des J-Bandes (1,1 µm) kann so eine beugungsbegrenzte Auflösung von 10 mas erreicht werden.

Test Objektklassen:
Supernova-Kosmologie,
Galaxienentstehung,
Energiebalance bei Sternentstehung,
Struktur von zirkumstellaren Scheiben,
extrasolare Planeten

Atmosphere Atmosphäre

Telescope Teleskope:
LBT

Optic Optiken:
Beam-Combiner
Fringe-Tracker
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Image sensor Bildsensoren:
HAWAII-1,
HAWAII-2
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Elektronik Elektroniken:
Ausleseelektronik für den Fringe- und Flexure-Bildsensor entwickelt von unserer Gruppe,
Nah-Infrarot Kamera System (NIRCS) für den Hauptbildsensor
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Online Software Onlineverarbeitung:
LINC-NIRVANA Online-Software
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Reduktion Software Datenreduktionssoftware:
LINC-NIRVANA Datenreduktionssoftware (LN DRS) entwickelt von unserer Gruppe

Aufgabenbereiche

Elektronik

Unsere Abteilung ist verantwortlich für den Nah-Infrarot-Bildsensor des Fringe-und-Flexure-Tracking Systems. Der Bildsensor detektiert LBT-Interferogramme geeigneter Referenzsterne in einem Sichtfeld von 90 x 60 arcsec um das Objekt mit Bildraten von bis zu 1000 Bildern pro Sekunde. Dabei wird ein kleines Bildfeld von z.B. 32 x 32 Pixel ausgelesen. Die Fringe-Tracker-Interferogramme werden benötigt, um die atmosphärisch bedingten optischen Weglängenunterschiede der beiden LBT-Wellenfronten auszuregeln. Ein Strahlteiler gefolgt von einem vor dem Bildsensor plazierten optischen Periskop erzeugt ein defokussiertes Bild der beiden LBT-Beams in einem zweiten Lichtweg. Die absolute Position der beiden Beams wird zur Kompensation von Teleskop-Flexure verwendet. Aus technischen und finanziellen Gründen wird sowohl Fringe- wie auch Flexure-Tracking mit einem Bildsensor und einer Ausleseelektronik realisiert anstatt für jede Aufgabe ein eigenes System vorzusehen.

Es wurde ein beträchtlicher Entwicklungsaufwand betrieben um zwei Quadranten eines HAWAII-1-Bildsensors unabhängig auszulesen. Der eine Quadrant wird für Fringe-Tracking mit hohen Bildraten genutzt, der andere wird für Flexure-Tracking mit niedriger Bildrate genutzt. Dazu werden beide Quadranten im Zeitmultiplex gelesen. Zwei Zeilen des Flexure-Tracker-Quadranten werden gelesen, dann folgt eine Auslesung des Fringe-Tracker-Quadranten. Aus diesem Grund beinflusst die Zeit zum Auslesen des Flexure-Quadranten nur wenig die Bildrate des Fringe-Quadranten. Beispielsweise für einen der LINC-NIRVANA-Auslesemodi dauert es 32 Fringe-Bilder bis ein komplettes Flexure-Bild fertig ist.

Fringe Quadrant Auslesung:

Fringe-Bilder werden kontinuierlich gesampelt. In einem Bild wird Zeile n geresetet. Im nächsten Bild wird Zeile n+1 geresetet. Man nennt dies "rolling reset mode". Vorteil dieses Modes ist eine Folge von Bildern, die nicht durch einen separaten Reset-Lauf unterbrochen ist, welcher ein für die Regelschleife nicht brauchbares Bild zur Folge hätte. Dieser Ansatz verdoppelt die Bildrate im Vergleich zum üblichen Correlated Double Sampling (CDS). Der Reset der Zeile n ist zudem ein Read-Reset-Read, um auch den Informationsgehalt der gereseteten Zeile nicht zu verlieren. Die komplexe Reset-Strategie ermöglicht eine kontinuierliche Sequenz von Bildern ohne die Regelschleife mit Jitter zu versehen. Zudem wird der Bildsensor thermisch stabil gehalten aufgrund des Fehlens eines separeten Reset-Laufs.

Flexure Quadrant Auslesung:

Fleuxre-Bilder werden im Up-the-Ramp Verfahren ausgelesen. Einer definierten Anzahl an nichtdestruktiven Auslesungen folgt eine destruktive Auslesung.

Für eine detailierte Beschreibung unserer Ausleseelektronik weiterlesen...

Auslese-Schema des LINC-NIRVANA Fringe- und Flexure-Bildsensors
Auslese-Schema des LINC-NIRVANA Fringe- und Flexure-Bildsensors

Astronomische Software

Der zweite Teil unserer Arbeit besteht in der Entwicklung der LINC-NIRVANA Datenreduktionssoftware. Diese errechnet ein Bild anhand der gemessenen Rohdaten. Der erste Schritt des Rekonstruktionsverfahrens ist die Kalibration und die Vorverarbeitung der Rohdaten. Innerhalb der Vorverabeitung wird das zu rekonstruierende Objekt, sowie ein Referenzstern, PSF (Point Spread Function) genannt, aus den Daten extrahiert. Diese dienen dann als Eingabe für das iterative Rekonstruktionsverfahren. Als Ergebnis des Verfahrens erhält man das sogenannte entfaltete Bild aus den gemessenen Daten. Es zeigt das beobachtete Objekt ohne die Effekte, die durch die Atmosphäre, dem Teleskop oder dem Instrument erzeugt wurden.

Diese Software kann hier... auf der Internetseite heruntergeladen werden. Auf der Seite befindet sich weiterhin auch eine detailierte Beschreibung, ein Tutorial und Testdaten zum herunterladen.

Meilensteine des Projekts

  • Projektvorschlag für das Instrument im September 1998
  • Preliminary Design Review im April 2003
  • Final Design Review im Juli 2005
  • Aktueller Stand: Instrument-Integration am Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg und FFTS-Integration im zweiten Halbjahr 2013.
  • Preliminary Acceptance Europe: 2015
 
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