Development of optical instruments for a tomographic analysis of dust and fluids in space environment

In the following pages are described the projects developed during the PhD. The basic idea followed since from the beginning of the doctorate is the development of several skills in order to increase the personal knowledge in optics and instrumentation for scientific research and for Astronomy. This thesis is focused on specialized arguments and the obtained results. Any theoretical or general introduction is reduced as much as possible. The interest of Adaptive Optics and the Multi-Conjugate and Layer Oriented techniques leads to the specialization in the team of Adaptive Optics in the Observatory of Padova. The first collaboration is for the characterization of a sensor for a spatial mission on Mars, designed for the analysis of dust and fluids and take place in the Spacelight company and in the laboratory of the Observatory of Padua. The collaboration took longer for the characterization of a pyramid sensor in the INAF laboratories and the characterisation and the acceptance tests of the optical derotator project for the Large Binocular Telescope (LBT) in Arizona. A collaboration developed with EIE Group performed in 2011 has represented the right opportunity to learn the basis of the optical design used for a specific ray tracing simulation on the radio telescope of ALMA in Cile. The collaboration with the Adaptive Optics team in Padova and the Max Plank Institute for Astronomy in Heidelberg is not related and connected with the only optical derotator but also take place for the very first optical design of a telescope simulator for the whole alignment of the LINC-NIRVANA wavefront sensor of LBT.

In queste pagine è descritta l’attività condotta durante il dottorato di ricerca in Astronomia e svoltasi presso il gruppo di Ottica Adattiva dell’Osservatorio di Padova (INAF) e il Dipartimento di Astronomia. I progetti sono stati sviluppati nell’ambito dell’Ottica Adattiva applicata all’Astronomia e riguardano, in generale, sensori di fronte d’onda a piramide e metodologie di ricostruzione tomografica con tecniche multi-coniugate e Layer Oriented. La necessità di sviluppare abilità scientifiche e tecnologiche mirate alla specializzazione ottica hanno portato alla collaborazione con aziende del settore, quali Spacelight s.r.l., EIE Group ed il Max Planck Institute for Astronomy (MPIA) di Heidelberg. Tali collaborazioni hanno prodotto risultati tecnologici di rilievo quali la realizzazione di un sensore di polveri per ambiente marziano e di un sensore di fronte d’onda per l’analisi tridimensionale di polveri e fluidi a densità variabile. La collaborazione congiunta tra Spacelight, INAF e MPIA ha permesso la realizzazione, la caratterizzazione e l’allineamento di due derotatori ottici per il Large Binocular Telescope in Arizona ed il primo disegno ottico del telescope simulator per l’allineamento di LINC-NIRVANA. Una collaborazione specifica con la ditta EIE Group ha permesso inoltre di acquisire e approfondire ulteriori abilità nell’ambito nel disegno ottico finalizzato a simulazioni di ray tracing per il progetto del radio telescopio ALMA in Cile.