Обчислена інтенсивність вихрового коронаграму для одного точкоподібного джерела. Кредитна графіка: Гровер Шварцлендер. Натисніть, щоб збільшити
"Деякі люди кажуть, що я вивчаю темряву, а не оптику", - жартує Гровер Свартцлендер.
Але це якась темрява, яка дозволить астрономам бачити світло.
Свартцлендер, доцент кафедри оптичних наук університету Арізони, розробляє пристрої, що блокують сліпуче зоряне світло, дозволяючи астрономам вивчати планети в сусідніх сонячних системах.
Пристрої також можуть виявитися цінними для оптичної мікроскопії та використовуватись для захисту систем камер та зображень від відблисків.
Основою цієї технології є «оптична вихрова маска» - тонка крихітна прозора скляна стружка, яка пронизана серією сходинок за малюнком, подібним до спіральної сходи.
Коли світло потрапляє на мертву маску, вона сповільнюється більше в більш товстих шарах, ніж у тонших. Врешті-решт світло розбивається і зміщується фаза, тому деякі хвилі виходять на 180 градусів від фази, а інші. Світло крутиться через маску, як вітер в ураган. Коли вона потрапляє до «ока» цього оптичного твістера, світлі хвилі, що знаходяться на 180 градусах поза фазою, скасовують одна одну, залишаючи абсолютно темне центральне ядро.
Свартцлендер каже, що це як світло, що йде за нитками болта. Крок оптичного «болта» - відстань між двома сусідніми нитками - критичний. "Ми створюємо щось особливе, де крок повинен відповідати зміні фази однієї довжини хвилі світла", - пояснив він. "Ми хочемо - це маска, яка по суті розрізає цю площину, або лист, надходить світла і згортає його в суцільний гвинтовий промінь".
"Те, що ми нещодавно знайшли, є дивовижним з теоретичної точки зору", - додав він.
"Математично це красиво".
Оптичні вихори - це не нова ідея, зауважив Свартцлендер. Але лише до середини 1990-х років вчені змогли вивчати фізику, що його лежить. Ось тоді, коли вдосконалення голограм в комп'ютері та високоточної літографії зробили таке дослідження можливим.
Недавно Свартцлендер та його аспіранти, Грегорі Фо та Девід Паласіос, привернули увагу ЗМІ, коли “Letters Optics” опублікував свою статтю про те, як оптичні вихрові маски можуть використовуватися на потужних телескопах. Маски можуть бути використані для блокування зоряного світла і дозволити астрономам безпосередньо виявляти світло з 10-мільярдної планети-диммера, що обертається навколо зірки.
Це можна зробити за допомогою "оптичного вихрового коронаграфа". У традиційному коронаграфі непрозорий диск використовується для блокування світла зірки. Але астрономи, які шукають слабкі планети біля яскравих зірок, не можуть використовувати традиційний коронаграф, оскільки відблиски від зоряного світла розсіюються навколо дискового затемнення світла, відбитого від планети.
"Будь-яка невелика кількість відсіяного світла від зірки все ще буде переповнювати сигнал з планети", - пояснив Свартцлендер. "Але якщо спіраль вихрової маски точно збігається з центром зірки, маска створює чорну діру, де немає розсіяного світла, і ви побачите будь-яку планету в сторону".
Команда UA, до складу якої також входив Ерік Крістенсен з «Місячної та планетарної лабораторії», продемонструвала прототип оптичного вихрового коронаграму на 60-дюймовому телескопі «Гора Лімон» Обсерваторії Стюарда два роки тому. Вони не могли шукати планети поза нашою Сонячною системою, оскільки 60-дюймовий телескоп не обладнаний адаптивною оптикою, яка виправляє атмосферні турбулентності.
Натомість команда сфотографувала Сатурн та його кільця, щоб продемонструвати, як легко таку маску можна використовувати із існуючою системою камер телескопа. Фото з тесту в Інтернеті на веб-сайті Swartzlander, http://www.u.arizona.edu/~grovers.
Оптичні вихрові коронаграфи можуть бути корисними для майбутніх космічних телескопів, таких як НАСА Земляний планетарний пошук (TPF) та місія Дарвіна Європейського космічного агентства, зазначив Свіртцлендер. Місія TPF використовуватиме космічні телескопи для вимірювання розмірів, температури та розміщення планет такою ж маленькою, як Земля, у населених пунктах віддалених сонячних систем.
"Ми подаємо заявки на гранти, щоб зробити кращу маску - реально розширити цю річ, щоб отримати оптику кращої якості", - сказав Суртцлендер. "Ми можемо продемонструвати це зараз у лабораторії для лазерних променів, але нам потрібна дійсно якісна маска, щоб наблизитись до того, що потрібно для телескопа".
Головною проблемою є розробка способу травлення маски, щоб отримати «великий жировий нуль світла» в основі, сказав він.
Свартцлендер та його аспіранти роблять чисельні моделювання, щоб визначити правильний крок для гвинтових масок на потрібній оптичній довжині хвилі. Swartzlander подав патент на маску, яка охоплює більше однієї довжини хвилі або кольору світла.
Служба досліджень армії США та Пропозиція штату Арізона 301 фонди підтримують це дослідження.
Управління армійських досліджень фінансує основні наукові дослідження в галузі оптичних наук, хоча робота Свартцлендера також має практичні програми захисту.
Оптичні вихрові маски також можуть використовуватися в мікроскопії для посилення контрасту між біологічними тканинами.
Оригінальне джерело: UA News News
