Vypočítaná intenzita vírového koronografu pro jediný bodový zdroj. Obrazový kredit: Grover Swartzlander. Klikni pro zvětšení
"Někteří lidé říkají, že studuji temnotu, ne optiku," vtipy Grover Swartzlander.
Ale je to jakási tma, která umožní astronomům vidět světlo.
Swartzlander, docent na University of Arizona College of Optical Sciences, vyvíjí zařízení, která blokují oslňující hvězdné světlo a umožňují astronomům studovat planety v blízkých solárních systémech.
Tato zařízení se mohou rovněž ukázat jako užitečná pro optickou mikroskopii a mohou být použita k ochraně fotoaparátu a zobrazovacích systémů před oslněním.
Jádrem této technologie je „optická vírová maska“ - tenký, malý, průhledný skleněný čip, který je vyleptán řadou kroků ve tvaru podobném točitému schodišti.
Když světlo dopadne na masku mrtvou, zpomaluje se více v tlustších vrstvách než v tenčích vrstvách. Nakonec je světlo rozděleno a fázově posunuto, takže některé vlny jsou s ostatními o 180 stupňů. Světlo se točí skrz masku jako vítr v hurikánu. Když dosáhne „oka“ tohoto optického twisteru, světelné vlny, které jsou 180 stupňů mimo fázi, se navzájem ruší a zanechávají zcela tmavé centrální jádro.
Swartzlander říká, že je to jako světlo po závitu šroubu. Rozteč optického „šroubu“ - vzdálenost mezi dvěma sousedními závity - je kritická. "Vytváříme něco zvláštního, kde by hřiště mělo odpovídat změně ve fázi jedné vlnové délky světla," vysvětlil. "Chceme masku, která v podstatě prořízne tuto rovinu nebo list přicházejícího světla a stočí ji do souvislého spirálového paprsku."
"To, co jsme nedávno našli, je z teoretického hlediska úžasné," dodal.
"Matematicky je to krásné."
Optické víry nejsou novým nápadem, poznamenal Swartzlander. Teprve v polovině 90. let však byli vědci schopni za tím studovat fyziku. Tehdy umožnil pokrok v počítačově generovaných hologramech a vysoce přesná litografie takový výzkum.
Swartzlander a jeho postgraduální studenti, Gregory Foo a David Palacios, nedávno získali pozornost médií, když publikovali článek „Optics Letters“ o tom, jak mohou být optické víry použity na výkonných dalekohledech. Masky by mohly být použity k blokování hvězdného světla a umožnění astronomům přímo detekovat světlo z planety s 10 miliardami stmívačů obíhající kolem hvězdy.
Toho lze dosáhnout pomocí „optického vírového koronografu“. V tradičním koronografu je neprůhledný disk používán k blokování světla hvězdy. Astronomové, kteří hledají slabé planety poblíž jasných hvězd, však nemohou použít tradiční koronograf, protože záblesky od hvězdného světla se rozptylují kolem disku a zakrývají světlo odrazené od planety.
"Jakékoli malé množství rozptýleného světla z hvězdy stále přemůže signál z planety," vysvětlil Swartzlander. "Pokud se však spirála vírové masky přesně shoduje se středem hvězdy, vytvoří maska černou díru, kde není rozptýlené světlo, a vidíš nějakou planetu stranou."
Tým UA, který také zahrnoval Erica Christensena z Lunární a planetární laboratoře UA, před dvěma lety představil prototyp optického vírového koronografu na 60-palcovém dalekohledu Mount Lemmon Steward Observatory. Nemohli hledat planety mimo naši sluneční soustavu, protože 60palcový dalekohled není vybaven adaptivní optikou, která koriguje atmosférickou turbulenci.
Místo toho tým vyfotografoval Saturn a jeho prsteny, aby ukázal, jak snadno lze takovou masku použít s existujícím kamerovým systémem dalekohledu. Fotografie z testu je online na webu Swartzlander, http://www.u.arizona.edu/~grovers.
Koronografy optických vírů by mohly být užitečné pro budoucí vesmírné dalekohledy, jako je terestriální planetární vyhledávač NASA (TPF) a mise Darwin Evropské vesmírné agentury, poznamenal Swartzlander. Mise TPF bude používat kosmické dalekohledy k měření velikosti, teploty a umístění planet tak malých jako Země v obývatelných oblastech vzdálených solárních systémů.
"Žádáme o granty, abychom vytvořili lepší masku - abychom skutečně vylepšili optiku, abychom získali lepší kvalitu optiky, řekl Swartzlander." "Můžeme to nyní demonstrovat v laboratoři pro laserové paprsky, ale potřebujeme opravdu kvalitní masku, abychom se přiblížili tomu, co je potřeba pro dalekohled."
Velkou výzvou je vyvinout způsob, jak masku leptat, aby se v jejím jádru dostala „velká tučná nula světla“, řekl.
Swartzlander a jeho postgraduální studenti provádějí numerické simulace, aby určili správné rozteč spirálových masek na požadovaných optických vlnových délkách. Swartzlander podal patent na masku, která pokrývá více než jednu vlnovou délku nebo barvu světla.
Americký výzkumný úřad armády a stát Arizona Proposition 301 tento výzkum podporují.
Armádní výzkumný úřad financuje základní výzkum optických věd, ačkoli Swartzlanderova práce má také praktické obranné aplikace.
Optické vírové masky mohou být také použity v mikroskopii pro zvýšení kontrastu mezi biologickými tkáněmi.
Původní zdroj: UA News Release
