Intensitatea calculată a coronagrafului de vortex pentru o singură sursă asemănătoare punctului. Credit imagine: Grover Swartzlander. Faceți clic pentru a mări
„Unii oameni spun că studiez întunericul, nu optica”, glumește Grover Swartzlander.
Dar este un fel de întuneric care va permite astronomilor să vadă lumina.
Swartzlander, profesor asociat la Universitatea din Arizona College of Optical Sciences, dezvoltă dispozitive care blochează lumina stelelor strălucitoare, permițând astronomilor să studieze planetele din sistemele solare din apropiere.
De asemenea, dispozitivele se pot dovedi valoroase pentru microscopia optică și pot fi utilizate pentru a proteja sistemele de fotografiere și imagini de luci.
Nucleul acestei tehnologii este o „mască de vortex optic” - un cip subțire, minuscul, transparent, din sticlă, gravat cu o serie de pași într-un model similar cu o scară în spirală.
Când lumina lovește masca moartă, aceasta încetinește mai mult în straturile mai groase decât în cele mai subțiri. În cele din urmă, lumina este împărțită și schimbată în fază, astfel încât unele unde sunt la 180 de grade în faza cu altele. Lumina se învârte prin mască ca vântul într-un uragan. Atunci când atinge „ochiul” acestei răsuciri optice, undele de lumină aflate la 180 de grade în faza se anulează reciproc, lăsând un miez central total întunecat.
Swartzlander spune că aceasta este ca lumina urmând firele unui șurub. Pasul „șurubului” optic - distanța dintre două fire adiacente - este esențial. „Creăm ceva special în care pitch-ul ar trebui să corespundă unei schimbări în faza unei lungimi de undă a luminii”, a explicat el. „Ceea ce ne dorim este o mască care taie în esență acest plan, sau foaie, de lumină care intră și îl încurcă într-un fascicul elicoidal continuu.”
„Ceea ce am descoperit de curând este șocant, este uimitor din punct de vedere teoretic”, a adăugat el.
„Matematic, este frumos.”
Vorbiturile optice nu sunt o idee nouă, a remarcat Swartzlander. Dar abia la mijlocul anilor '90 oamenii de știință au putut studia fizica din spatele ei. Atunci a fost posibilă realizarea unor cercetări în hologramele generate de computer și în litografia de înaltă precizie.
Swartzlander și studenții săi absolvenți, Gregory Foo și David Palacios, au atras atenția mass-media recent când „Optics Letters” și-au publicat articolul despre modul în care măștile vortex optice ar putea fi utilizate pe telescoape puternice. Măștile ar putea fi folosite pentru a bloca lumina stelelor și pentru a permite astronomilor să detecteze direct lumina de pe o planetă de 10 miliarde de ori mai slabă care orbitează steaua.
Acest lucru ar putea fi realizat cu un „coronagraph vortex optic”. Într-un coronagraph tradițional, un disc opac este utilizat pentru a bloca lumina unei stele. Dar astronomii care caută planete slabe în apropierea stelelor strălucitoare nu pot folosi coronagraful tradițional, deoarece strălucirea de la lumina stelară difractează în jurul discului care ascunde lumina reflectată de pe planetă.
"Orice cantitate mică de lumină difractă de la stea va continua să copleșească semnalul de pe planetă", a explicat Swartzlander. „Dar dacă spirala măștii vortex coincide exact cu centrul stelei, masca creează o gaură neagră unde nu există lumină împrăștiată și veți vedea vreo planetă în lateral.”
Echipa UA, care a inclus și Eric Christensen de la laboratorul lunar și planetar al UA, a demonstrat un prototip coronagraf de vortex optic pe telescopul Mount Lemmon de 60 de inch din Observatorul Steward în urmă cu doi ani. Ei nu au putut căuta planete în afara sistemului nostru solar, deoarece telescopul de 60 de inci nu este echipat cu optică adaptivă care să corecteze turbulențele atmosferice.
În schimb, echipa a făcut poze cu Saturn și inelele sale pentru a demonstra cât de ușor poate fi folosită o astfel de mască cu sistemul de camere existente al telescopului. O fotografie de la test este online pe site-ul Swartzlander, http://www.u.arizona.edu/~grovers.
Coronagrafele vortexului optic ar putea fi valoroase pentru viitoarele telescoape spațiale, cum ar fi Finder Planet Terrestrial NASA (TPF) și misiunea Darwin a Agenției Spațiale Europene, a notat Swartzlander. Misiunea TPF va folosi telescoape spațiale pentru a măsura dimensiunea, temperatura și amplasarea planetelor la fel de mici ca Pământul în zonele locuibile ale sistemelor solare îndepărtate.
„Solicităm subvenții pentru a face o mască mai bună - pentru a îmbunătăți cu adevărat acest lucru pentru a obține o optică de calitate mai bună, a spus Swartzlander. "Putem demonstra acest lucru acum în laborator pentru fascicule laser, dar avem nevoie de o mască de bună calitate pentru a ne apropia de ceea ce este necesar pentru un telescop."
Marea provocare este dezvoltarea unei modalități de gravare a măștii pentru a obține „un mare zero grăsime de lumină” în centrul său, a spus el.
Swartzlander și studenții săi absolvenți fac simulări numerice pentru a determina tonul corespunzător pentru măștile elicoidale la lungimile de undă optice dorite. Swartzlander a depus un brevet pentru o mască care acoperă mai mult de o lungime de undă sau o culoare a luminii.
Biroul de cercetare al armatei din SUA și Fondul Propunerii 301 din statul Arizona susțin această cercetare.
Biroul de cercetare al Armatei finanțează cercetarea de științe optice de bază, deși activitatea lui Swartzlander are și aplicații practice de apărare.
Măștile vortex optice pot fi, de asemenea, utilizate în microscopie pentru a îmbunătăți contrastul între țesuturile biologice.
Sursa originală: Comunicat de presă UA
