Para explicar muchos fenómenos astronómicos como la generación de estrellas masivas, la expansión del universo, la existencia de agujeros negros, etc., es necesario, entre otras técnicas, obtener imágenes de alta resolución de objetos muy lejanos, lo que requiere bastante tiempo de exposición y telescopios grandes. Sin embargo, en conjunto con el desarrollo de grandes telescopios se agrava el problema de la aberración de imágenes debido a la turbulencia atmosférica, entre más grande es el espejo primario del telescopio éste capta mayor cantidad de luz, lo que reduce el tiempo de exposición pero no mejora la resolución de la imagen final. _x000D_ En ausencia de la atmósfera y perfeccionando la óptica del telescopio sería posible obtener imágenes con resolución al límite de la difracción como es el caso de los telescopios espaciales. Sin embargo en la tierra la presencia de gases en movimiento de diferentes densidades dentro de la atmósfera genera regiones de diferentes índices de refracción, que distorsionan de manera dinámica los frentes de onda que arriban a la superficie terrestre . Esto provoca que un telescopio de dos metros de diámetro o más pueda llegar a generar imágenes equivalentes a las producidas por un telescopio de veinte centímetros (parámetro de Fried), incluso en cielos obscuros y privilegiados como es el caso del Observatorio Astronómico Nacional en la Sierra de San Pedro Mártir (OAN-SPM). Obviamente no resulta viable, al menos para generar imágenes de alta resolución, el invertir en un telescopio muy grande a no ser que la turbulencia atmosférica pueda ser compensada de alguna manera para acercar la resolución al límite de la difracción. La mejor alternativa para superar este problema es la técnica conocida como óptica adaptativa que permite, mediante la implementación de instrumentos de alta velocidad, monitorear el frente de onda de algún objeto puntual suficientemente brillante, y compensar la aberración producida por la atmósfera en un campo de observación mayor. _x000D_ _x000D_ _x000D_ Un sistema de óptica adaptiva consta de varias etapas: _x000D_ 1) Sensor y compensador de inclinación del frente de onda (espejo plano con inclinación controlada en 4 nodos) TIP-TILT. En este caso se utiliza un frente de onda proveniente de una estrella natural, y el campo de visión afectado es muy grande._x000D_ 2) Sensor de frente de onda tipo Shack-Hartmann para deformaciones del frente de onda o aberraciones de orden superior. El campo de visión es inversamente proporcional al orden de la aberración, y se necesitan estrellas brillantes que se encuentren muy cerca del objeto bajo observación._x000D_ 3) Espejo deformable para compensar aberraciones de orden superior. Por medio de un lazo cerrado de control computarizado con el sensor de frente de onda, se opera, en el espejo, una deformación inversa a la del frente de onda para lograr obtener ondas planas a razón de 50 Hz._x000D_ 4) Estrella guía. Para poder aplicar la técnica de óptica adaptativa es necesario contar con una fuente puntual y brillante cercana (en distancia angular) al objeto de observación, sin embargo la naturaleza no provee estrellas brillantes en todas las posiciones del cielo. Por esto ha sido necesario explorar la posibilidad de producir puntos brillantes a una distancia considerable (por encima de la turbulencia) en la atmósfera, utilizando un láser de alta potencia._x000D_ Existen dos métodos para generar una fuente puntual (o estrella virtual) en la atmósfera terrestre: a) utilizando el esparcimiento Rayleigh en la atmósfera, disparando un láser de alta potencia pulsado con longitud de onda tendiente al UV, una cantidad de luz es esparcida hacia la superficie desde una altura de aproximadamente 30 km; b) por fluorescencia en los átomos de sodio existentes en la mesósfera, utilizando un láser continuo (normalmente) de alta potencia y muy angosto espectro (< 1 GHz) centrado a 589 nm, una cantidad de luz es absorbida por el sodio y remitida por emisión espontánea hacia la superficie desde 95 km de altura. En diversos observatorios importantes a nivel mundial existen estos sistemas de generación de estrellas guía, sin embargo, la tendencia actual es dirigir la investigación hacia estrellas de sodio debido principalmente a problemas de isoplantismo por la baja altura del esparcimiento Rayleigh y la inestabilidad de la potencia óptica esparcida._x000D_ Este proyecto está dirigido a la construcción de un láser que sea capaz de excitar fluorescencia en la capa de sodio de la mesósfera. El Instituto de Astronomía de la UNAM (IA-UNAM) está en proceso de prueba para la implementación del de un sistema de corrección tipo TIP-TILT, que constituiría el primer instrumento de óptica adaptativa en el telescopio de 2.1 m en el OAN-SPM (gracias al apoyo del PAPIIT). Además ya está en periodo de análisis la implementación de un sensor de frente de onda en conjunto con investigadores del Centro de Investigación Científica y Educación Superior de Ensenada (CICESE) en Ensenada B.C., para completar el sistema de óptica adaptativa. Para obtener el máximo beneficio de este sistema es necesario aplicarlo en cualquier punto del cielo, y para esto es indispensable contar con un instrumento generador de estrellas guía. _x000D_ Actualmente los sistemas de óptica adaptativa para telescopios de gran tamaño requieren de varias estrellas guía funcionando simultáneamente, recientemente la ESO (European Southern Observatory) realizó un contrato de $6.5 millones de dólares con una empresa de óptica para equipar el VLT (Very Large Telescope) en Paranal, Chile, con un sistema capaz de generar cuatro estrellas guías simultáneas en un plazo de tres años. _x000D_ Por otro lado el sistema láser que proponemos desarrollar en este proyecto, tiene una amplia gama de aplicaciones fuera del campo de la astronomía observacional como son: en la industria debido a la capacidad de producir ablación por su potencia; existen también aplicaciones en medicina para exámenes químicos y biológicos por su longitud de onda centrada a 589 nm que es la línea de resonancia del sodio presente en casi todos los organismos; en caracterización de materiales por espectroscopía Raman gracias a su pureza espectral; en óptica no lineal para examinar efectos de fotoconductividad y materiales fotorrefractivos. Además, representa una posibilidad de investigación para analizar fenómenos de láseres de alta potencia y pureza espectral en fibras ópticas, lo que generaría investigaciones en el área de óptica además de la instrumentación astronómica. _x000D_ Para el desarrollo de este láser es necesario involucrar varios campos de investigación en óptica e instrumentación electrónica. El IA-UNAM cuenta con un grupo de ingenieros en electrónica que han realizado con éxito y alta calidad innovaciones en la instrumentación astronómica para el OAN-SPM, incluyendo el pulido de espejos con la automatización de HYDRA, una herramienta única en su tipo en México; algunos de los miembros de este grupo de ingenieros participan ya directamente en este proyecto, incluyendo el taller de mecánica de precisión de este instituto. Además este grupo de investigación cuenta con doctores en óptica con especialidad en instrumentación astronómica. También nos encontramos en proceso de formalizar un convenio de cooperación con un grupo de investigación de óptica de CICESE cuyos miembros son expertos en láseres de diferentes tipos, y cuentan con una trayectoria reconocida nacional e internacionalmente. Con la ayuda de estos expertos se realizó parte del diseño final del láser que proponemos en este proyecto. Aunado a lo anterior contamos con la asesoría de Nombre, experto en láseres de fibra óptica del Centro de Investigación en Óptica (CIO) en León Gto., quien colaboró con el cálculo de los parámetros de ganancia en las cavidades del láser para este diseño, y cuenta con infraestructura para la grabación de rejillas de Bragg indispensables en la construcción de filtros y cavidades de fibra óptica. Por lo tanto el recurso humano, la experiencia de los miembros de este grupo, y a los instrumentos del IA-UNAM, CIO y CICESE al que se tiene acceso garantiza resultados positivos para este proyecto de investigación. _x000D_ Para aprovech

CONTRIBUCIÓN DEL PROYECTO_x000D_ Al finalizar este proyecto se entregará al IA-UNAM y al OAN-SPM una poderosa herramienta que permitirá hacer estudios de densidad en la capa de sodio en el cielo de Baja California. Este láser estará sintonizado en línea D2 del sodio (589 nm), con una potencia de 9 W en cw, y con un ancho espectral no mayor a 1 GHz (0.001 nm)._x000D_ Con la alta pureza espectral y potencia del láser se podrán realizar estudios de interferometría con longitudes muy grandes y sin problema de atenuación. Esto será aplicado en caracterización de superficies, trabajo que actualmente se realiza en el IA-UNAM._x000D_ Además gracias a la robustez y versatilidad del láser será posible hacer investigación en la medicina y la industria, abriendo así diferentes convenios de colaboración con otros centros o entidades de la UNAM que investiguen en estas líneas._x000D_ Por la potencia del láser y su línea de emisión se podrán realizar experimentos de pinzas ópticas en colaboración con investigadores del Centro de Fisica Aplicada y Tecnologia Avanzada de la UNAM (CFATA) que están interesados. _x000D_ Gracias a este instrumento se impulsará la óptica adaptativa en México, para que el OAN-SPM pueda mejorar substancialmente la resolución de imágenes, maximizar la velocidad en el proceso de espectroscopía espacial aumentando la cantidad de luz por pixel, y disminuyendo el ruido en la adquisición de datos de fotometría disminuyendo la rendija que limita la cantidad de luz que llega al plano imagen, filtrando aquella que no proviene del objeto de estudio._x000D_ Se desarrollará una nueva línea de conocimiento relativa a los láseres de potencia en el IA-UNAM, para la capacitación de recursos humanos en esta área de óptica e instrumentación. Se generarán dos tesis de maestría y quedará la invaluable experiencia de los involucrados en el proyecto de estrellas guía por primera vez en México. _x000D_