Bolsa de PD em Óptica Adaptativa

Post-doctoral fellowship in Adaptive Optics

• Resumo Summary

  Este é um projeto pós-doc para ajudar no desenvolvimento do sistema de óptica adaptativa do telescópio GMT para seu instrumento de primeira luz, G-CLEF. Este é um sistema adaptativo inédito (espectrógrafo alimentado por fibra, comprimentos de onda no visível) e os resultados do trabalho devem ser publicados nos melhores jornais internacionais de instrumentação. Além disso, uma participação na atualização do módulo SAM no telescópio SOAR é esperada.
  
  Informação fundamental sobre a oportunidade: Em 2014, os Institutos do Estado de São Paulo juntaram-se ao Consórcio Internacional do Telescópio Gigante Magalhães tendo a FAPESP, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo, como membro fundador, com um investimento de US$ 40 milhões. Desde então, o GMT Brazil Office tem investigado diferente formas de colaborar com a construção do Telescópio e seus instrumentos, e um dos nichos estratégicos é o desenvolvimento de Óptica Adaptativa.
  
  Resumo da posição: O Telescópio Gigante Magalhães será o primeiro de uma nova geração de "Telescópios Extremamente Grandes". Quando se tornar operacional na primeira metade da próxima década, o GMT abrirá novo espaço para pesquisa e descobertas e contribuirá para o entendimento e resolução de questões-chave em Astrofísica, Cosmologia, bem como no estudo de planetas extrassolares. Um dos elementos-chave destes novos e imensos telescópios, como é o caso do GMT, é a adoção de tecnologias muito avançadas, tais como Óptica Adaptativa (AO), que foi originalmente desenvolvida para uso em Astronomia, com o objetivo de corrigir distorções que borram imagens e que são induzidas nas frentes de onda que se propagam através da atmosfera da Terra.
  
  O bolsista deve pesquisar e desenvolver soluções de imageamento que usam tecnologia AO para proporcionar correções de frentes de onda que levem a imagens livres de distorções e que operem num grande telescópio, como o GMT. Paralelamente ao estudo de sistemas AO, o bolsista PD terá também de desenvolver métodos computacionais para estudo, otimização e avaliação da performance de sistemas ópticos.
  
  Pesquisa: Estado-da-arte avançado em projeto óptico
  Sob supervisão limitada, o físico júnior ou astrônomo se reportará aos pesquisadores principais (PIs) do Projeto GMT-Brazil. O candidato escolhido trabalhará com físicos seniores, astrônomos e engenheiros (mecânicos, ópticos e eletrônicos) a fim de desenvolver instrumentação para o GMT para possibilitar o uso do telescópio para a aquisição das imagens da mais alta qualidade oriundas de fontes astronômicas. Embora nenhuma grande experiência prévia em instrumentação astronômica seja requerida, um real interesse em adquirir tais habilidades dentro do ambiente de trabalho é essencial.
  
  O candidato selecionado terá a chance de trabalhar em um número de projetos relacionados à instrumentação do GMT. Descrevemos aqui dois deles, mas outros serão também apresentados ao candidato escolhido.
  
  O Telescópio Gigante Magalhães (GMT) inclui óptica adaptativa (AO) como um componente integral de seu projeto. Além do objetivo primário de compensar a turbulência atmosférica a fim de melhorar o poder de resolução angular, sensores e atuadores de óptica adaptativa deverão ser parte dos diferentes espelhos do telescópio. Esta correção Ground-Layer AO (GLAO) é planejada para propiciar qualidade de imagem melhorada sobre um campo de visão bastante vasto; entretanto, nenhum trabalho de desenvolvimento foi feito em telescópios existentes para estes objetivos. O primeiro projeto do bolsista é estudar o sistema de sincronização de fase proposto, que mantém o alinhamento relativo dos segmentos de espelhos primário e secundário, eventualmente ajudando o GMT em seus estudos de projeto, mas tendo como principal objetivo seu impacto na performance de instrumentos (ambos GMACS e G-CLEF).
  
  Mais especificamente para o instrumento G-CLEF, o Brasil tem sido o responsável pelo desenvolvimento de um experimento de óptica adaptativa que é capaz de maximizar a luz que entra na fibra do instrumento. Para este experimento, um laboratório dedicado de óptica adaptativa foi construído no IAG e os primeiros testes estão em andamento. O candidato selecionado será uma pessoa chave neste desenvolvimento. Em paralelo com os testes de laboratório no IAG, é necessário investigar os benefícios do uso de óptica adaptativa no instrumento G-CLEF, no GMT, usando simulações. Está planejado que o espelho adaptativo secundário do GMT será usado para corrigir a frente de onda. Este espelho é conjugado a uma altitude de 165m na atmosfera e terá 672 atuadores por segmento. Simulações têm de ser executadas considerando o tamanho da fibra e as condições atmosféricas típicas a fim de verificar quão boa a correção será. Um outro experimento está planejado, a ser montado no Telescópio Magalhães, para testar os resultados das simulações. O candidato escolhido será responsável por tais tarefas, entre outras.
  
  Além disso, é esperado que o candidato selecionado trabalhe na atualização do módulo SAM no telescópio SOAR. Este é um dispositivo GLAO, já em operação, que pretendemos atualizar à uma ordem maior, de modo que possa melhorar a PSF até as bandas R, V e, possivelmente, B. Este é um importante esforço que ajudará a estabelecer um grupo de AO em São Paulo.
  
  Deveres essenciais:
  - Disponibilidade para viagens, ocasionalmente, a fim de consultar e se reportar a colaboradores internacionais;
  - Utilizar ferramentas padrões de modelagem para projetar e analisar o desempenho de estruturas complexas;
  - Trabalhar em colaboração estreita com um pequeno time de físicos e engenheiros para desenvolver tarefas de projeto conforme definido pela gerência do Projeto.
  
  Conhecimentos e habilidades essenciais:
  - PhD em Física, Astronomia ou campo relacionado;
  - Familiaridade com os softwares SolidWorks e Zeemax (ou equivalentes);
  - Boas habilidades escritas e orais;
  - Habilidades de comunicação e computação (inglês próximo a fluente);
  - Disponibilidade para trabalhar num pequeno grupo, em ambiente de trabalho sob alta pressão.

  This is a post-doc project to help develop the adaptive optics system of the GMT telescope to its first-light instrument, G-CLEF. This is a novel adaptive system (fiber fed, visible wavelengths spectrograph) and the results of the work must be published in the best international instrumentation journals. In addition, a participation in the upgrade of the SAM module on the SOAR telescope is expected.
  
  Background information about the opportunity: In 2014, the Institutes of the State of São Paulo joined the International Consortium of the "Giant Magellan Telescope" having FAPESP as the founder member, with an investment of US$ 40 million. Since then, the GMT Brazil Office has been investigating different ways to collaborate for the construction of the Telescope and the instruments and one of the strategic niches is in the development of Adaptive Optics.
  
  Summary of position: The Magellan Giant Telescope is set to be the first of a new generation of "Extremely Large Telescopes". When it is operational in the first half of the next decade, GMT will open up new space for research and discovery and will contribute to understanding and solving key questions in Astrophysics, Cosmology, as well as in the study of extrasolar planets.
  
  One of the key elements of these new and huge telescopes, as is the case of GMT, is the adoption of very advanced technologies, such as Adaptive Optics (AO), which was originally developed for use in Astronomy, with the objective of correcting distortions that blur images induced in the wavefronts that propagate through Earth's atmosphere. The fellow must research and develop imaging solutions that use AO technology to provide wavefront corrections that lead to distortion-free images and that work in a large telescope, as is GMT. Parallel to the study of AO systems, the postdoctoral fellow will also have to develop computational methods for the study, optimization and evaluation of the performance of optical systems.
  
  Research: Advance state-of-the-art optical design
  Under limited supervision, the junior physicist or astronomer will report to the GMT-Brazil project Principal Investigators (PIs). The successful candidate will work with senior physicists, astronomers and engineers (mechanical, optical and electronic) to develop instrumentation for the GMT to support the use of the telescope for the acquisition of the highest quality images of astronomical sources. Although no previous in-depth experience of astronomical instrumentation and systems engineering is required, a keen interest in acquiring such skills within the working environment is essential.
  
  The selected candidate will have the chance to work in a number of projects related to GMT instrumentation. We describe here two of them, but others will also be presented to the successful candidate.
  
  The Giant Magellan Telescope (GMT) includes adaptive optics (AO) as an integral component of its design. In addition to the primary goal of compensating for atmospheric turbulence in order to improve angular resolution power, adaptive optics sensors and actuators should be part of the alignment of the different telescope mirrors. This Ground-Layer AO (GLAO) correction is planned to provide improved image quality over a very wide field of view; however, no development work has been done on existing telescopes for these objectives. The first project of the fellow is to study the proposed phasing system that maintains the relative alignment of the primary and secondary segments of mirrors, eventually helping the GMT on their design studies, but having as main objective its impact on the performance of instruments (both GMACS and G-CLEF).
  
  More specifically for the G-CLEF instrument, Brazil has been responsible for the development of an adaptive optics experiment that is capable of maximizing the light that enters the instrument fiber. For this experiment, a dedicated laboratory of adaptive optics has been set up at IAG and the first tests are underway. The successful candidate will be a key person in this development. In parallel with the lab tests at IAG it is necessary to investigate the benefits of using adaptive optics in the G-CLEF instrument in GMT using simulations. It is planned that the secondary adaptive mirror of the GMT will be used to correct the wavefront. This mirror is conjugated to an altitude of 165 m in the atmosphere and will have 672 actuators per segment. Simulations have to be performed considering the size of the fiber and the typical atmospheric conditions in order to check how good the correction will be. One other experiment is planned, to be mounted at the Magellan telescope, for testing the findings of the simulations. The successful candidate will be responsible for such tasks among others.
  
  In addition, the selected candidate is expected to work on the upgrade of the SAM module on the SOAR telescope. This is a GLAO device, already in operation, that we intend to upgrade to higher order so that it can improve the PSF down to the R, V and, possibly, to the B bands. This is an important effort that will help to establish an AO group in São Paulo.
  
  Essential duties:
  - Willingness to travel, occasionally, in order to consult with and report to international collaborators;
  - Use standard modeling tools to design and analyze the performance of complex structures;
  - Work in close collaboration with a small team of physicists and engineers to accomplish design tasks as defined by the project management.
  
  Essential knowledge, skills and abilities:
  - PhD in Physics, Astronomy or related field;
  - Familiarity with SolidWorks and Zeemax softwares (or equivalent);
  - Good written and oral skills;
  - Communication and computational skills (near-fluent English);
  - Willingness to work in a small team, high work pressure environment.
  
  This opportunity is open to candidates of any nationalities. The selected candidate will receive a FAPESP's Post-Doctoral fellowship in the amount of R$ 6.819,30 monthly and a research contingency fund, equivalent to 15% of the annual value of the fellowship which should be spent in items directly related to the research activity.
  
  More information about the fellowship is at: www.fapesp.br/en/5427.