Изчислена интензивност на вихровия коронаграф за един точков източник. Кредит за изображение: Grover Swartzlander. Щракнете за уголемяване
„Някои казват, че изучавам тъмнината, а не оптиката“, шегува се Гроувър Суорцлендер.
Но това е един вид тъмнина, която ще позволи на астрономите да видят светлината.
Swartzlander, доцент в Колежа по оптични науки в Университета в Аризона, разработва устройства, които блокират ослепителна звездна светлина, позволявайки на астрономите да изучават планети в близките слънчеви системи.
Устройствата също могат да се окажат ценни за оптичната микроскопия и да се използват за защита на камерата и системите за изображения от отблясъци.
Ядрото на тази технология е „оптична вихрова маска“ - тънък, мъничък прозрачен стъклен чип, изрязан с поредица от стъпки по образец, подобен на спираловидно стълбище.
Когато светлината удари маската мъртва, тя се забавя повече в по-дебелите слоеве, отколкото в по-тънките. В крайна сметка светлината се разделя и фазата се измества, така че някои вълни са на 180 градуса извън фаза с други. Светлината се върти през маската като вятър при ураган. Когато достигне „окото“ на този оптичен обрат, светлинните вълни, които са на 180 градуса извън фаза, се отменят една друга, оставяйки напълно тъмно централно ядро.
Swartzlander казва, че това е като светлина, която следва нишките на болт. Стъпката на оптичния „болт“ - разстоянието между две съседни нишки - е критична. "Ние създаваме нещо специално, където височината трябва да съответства на промяна във фазата на една дължина на вълната на светлината", обясни той. „Това, което искаме, е маска, която по същество отрязва тази равнина или лист от входяща светлина и я навива в непрекъснат спирален лъч.“
„Това, което открихме наскоро, е невероятен от теоретична гледна точка,“ добави той.
„Математически, красиво е.“
Оптичните вихри не са нова идея, отбеляза Swartzlander. Но едва в средата на 90-те учените успяха да изучат физиката зад него. Точно тогава напредъкът в компютърно генерираните холограми и високоточната литография направи възможно това изследване.
Swartzlander и неговите аспиранти, Грегъри Фоо и Дейвид Паласиос, спечелиха вниманието на медиите наскоро, когато „Optics Letters“ публикува своята статия за това как оптичните вихрови маски могат да бъдат използвани на мощни телескопи. Маските могат да се използват за блокиране на звездна светлина и да позволят на астрономите директно да открият светлина от 10-милиардна пъти по-димна планета, обикаляща около орбитата на звездата.
Това може да се направи с „оптичен вихров коронаграф“. В традиционния коронаграф се използва непрозрачен диск, който блокира светлината на звездата. Но астрономите, които търсят слаби планети в близост до ярки звезди, не могат да използват традиционния коронаграф, защото отблясъците от звездна светлина се разсейват около диска, затъмняващ светлината, отразена от планетата.
„Всяко малко количество дифракционна светлина от звездата все още ще надхвърли сигнала от планетата“, обясни Суртцландър. "Но ако спиралата на вихровата маска съвпада точно с центъра на звездата, маската създава черна дупка, където няма разсеяна светлина и ще видите каквато и да е планета отстрани."
Екипът на UA, който също включваше Ерик Кристенсен от лунната и планетарната лаборатория на UA, демонстрира прототип оптичен вихрови коронаграф на 60-инчовия телескоп Mount Lemmon Observatory на Стюард преди две години. Те не можеха да търсят планети извън нашата Слънчева система, тъй като 60-инчовият телескоп не е оборудван с адаптивна оптика, която коригира атмосферните турбуленции.
Вместо това екипът направи снимки на Сатурн и неговите пръстени, за да демонстрира колко лесно може да се използва такава маска със съществуващата камера на телескопа. Снимка от теста е онлайн на уебсайта на Swartzlander, http://www.u.arizona.edu/~grovers.
Оптичните вихрови коронаграфи могат да бъдат полезни за бъдещите космически телескопи, като НАСА на Земята за намиране на планети (TPF) и мисията на Дарвин от Европейската космическа агенция, отбеляза Swartzlander. Мисията на TPF ще използва космически телескопи за измерване на размера, температурата и разположението на планетите, малки колкото Земята в обитаемите райони на отдалечени слънчеви системи.
„Кандидатстваме за безвъзмездни средства, за да направим по-добра маска - наистина да разширим това нещо, за да получим по-качествена оптика, каза Суртцландер. „Можем да демонстрираме това сега в лабораторията за лазерни лъчи, но имаме нужда от наистина качествена маска, за да се доближим до необходимото за телескоп.“
Голямото предизвикателство е да се разработи начин за офорт на маската, за да се получи „голяма мазнина нула светлина“ в основата й, каза той.
Swartzlander и неговите възпитаници правят числени симулации, за да определят правилния терен за спирални маски при желаните оптични дължини на вълната. Swartzlander е подал патент за маска, която покрива повече от една дължина на вълната или цвят на светлината.
Службата за проучване на американската армия и 301 фонда на щата Аризона подкрепят това проучване.
Службата за научни изследвания на армията финансира основни изследвания в областта на оптичните науки, въпреки че работата на Свартцлендер има и практически приложения за защита.
Оптичните вихрови маски също могат да се използват в микроскопия за подобряване на контраста между биологичните тъкани.
Оригинален източник: UA News Release
