Υπολογιζόμενη ένταση του στεφανιαίου στροβίλου για μια πηγή που μοιάζει με σημείο. Πιστωτική εικόνα: Grover Swartzlander. Κάντε κλικ για μεγέθυνση
«Μερικοί άνθρωποι λένε ότι μελετώ το σκοτάδι, όχι την οπτική», αστειεύεται ο Γκρόβερ Σουάρτζλαντ.
Αλλά είναι ένα είδος σκοταδιού που θα επιτρέψει στους αστρονόμους να δουν το φως.
Ο Swartzlander, αναπληρωτής καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Αριζόνα Κολλέγιο Οπτικών Επιστημών, αναπτύσσει συσκευές που αποκλείουν το εκθαμβωτικό αστρικό φως, επιτρέποντας στους αστρονόμους να μελετήσουν πλανήτες σε κοντινά ηλιακά συστήματα.
Οι συσκευές ενδέχεται επίσης να αποδειχθούν πολύτιμες για την οπτική μικροσκοπία και να χρησιμοποιηθούν για την προστασία των συστημάτων κάμερας και απεικόνισης από την αντανάκλαση.
Ο πυρήνας αυτής της τεχνολογίας είναι μια «οπτική μάσκα δίνης» - ένα λεπτό, μικροσκοπικό, διαφανές γυάλινο τσιπ που είναι χαραγμένο με μια σειρά βημάτων σε μοτίβο παρόμοιο με μια σπειροειδή σκάλα.
Όταν το φως χτυπήσει τη μάσκα νεκρή, επιβραδύνεται περισσότερο στα παχύτερα στρώματα από ό, τι στα λεπτότερα. Τελικά, το φως διασπάται και μετατοπίζεται φάση, έτσι μερικά κύματα είναι 180 μοίρες εκτός φάσης με άλλα. Το φως περιστρέφεται μέσα από τη μάσκα σαν άνεμος σε έναν τυφώνα. Όταν φτάσει στο «μάτι» αυτού του οπτικού twister, τα κύματα φωτός που είναι 180 μοίρες εκτός φάσης ακυρώνουν το ένα το άλλο, αφήνοντας έναν εντελώς σκοτεινό κεντρικό πυρήνα.
Ο Swartzlander λέει ότι αυτό μοιάζει με φως ακολουθώντας τα νήματα ενός μπουλονιού. Το βήμα του οπτικού «μπουλονιού» - η απόσταση μεταξύ δύο γειτονικών σπειρωμάτων - είναι κρίσιμο. «Δημιουργούμε κάτι ιδιαίτερο όπου το γήπεδο πρέπει να αντιστοιχεί σε μια αλλαγή στη φάση ενός μήκους κύματος φωτός», εξήγησε. «Αυτό που θέλουμε είναι μια μάσκα που ουσιαστικά κόβει αυτό το επίπεδο, ή φύλλο, του εισερχόμενου φωτός και το κυρτίζει σε μια συνεχή ελικοειδή δέσμη.»
«Αυτό που βρήκαμε πρόσφατα είναι απίστευτα από θεωρητική άποψη» πρόσθεσε.
"Μαθηματικά, είναι όμορφο."
Οι οπτικές στροφές δεν είναι μια νέα ιδέα, σημείωσε ο Swartzlander. Αλλά μόλις τα μέσα της δεκαετίας του 1990 οι επιστήμονες μπόρεσαν να μελετήσουν τη φυσική πίσω από αυτό. Τότε ήταν που οι εξελίξεις στα ολογράμματα που δημιουργούνται από υπολογιστή και στη λιθογραφία υψηλής ακρίβειας κατέστησαν δυνατή αυτήν την έρευνα.
Ο Swartzlander και οι μεταπτυχιακοί φοιτητές του, Gregory Foo και David Palacios, συγκέντρωσαν την προσοχή των μέσων ενημέρωσης πρόσφατα όταν το "Optics Letters" δημοσίευσε το άρθρο του σχετικά με τον τρόπο με τον οποίο οι μάσκες οπτικών στροφών μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε ισχυρά τηλεσκόπια. Οι μάσκες θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για να μπλοκάρουν το φως του αστεριού και να επιτρέψουν στους αστρονόμους να ανιχνεύσουν άμεσα φως από έναν πλανήτη 10-δισεκατομμυρίων φορές-dimmer σε τροχιά γύρω από το αστέρι.
Αυτό θα μπορούσε να γίνει με ένα «οπτικό κορώνα στροφών». Σε ένα παραδοσιακό σημείο, ένας αδιαφανής δίσκος χρησιμοποιείται για να εμποδίσει το φως ενός αστεριού. Όμως οι αστρονόμοι που αναζητούν εξασθενημένους πλανήτες κοντά σε φωτεινά αστέρια δεν μπορούν να χρησιμοποιήσουν την παραδοσιακή ακρόαση, επειδή το έντονο φως από το αστρικό φως διαχέεται γύρω από το δίσκο που κρύβει το φως που αντανακλάται από τον πλανήτη.
«Οποιαδήποτε μικρή ποσότητα διαθλαμένου φωτός από το αστέρι θα συνεχίσει να κατακλύζει το σήμα από τον πλανήτη», εξήγησε ο Swartzlander. "Αλλά αν η σπείρα της μάσκας δίνης συμπίπτει ακριβώς με το κέντρο του αστεριού, η μάσκα δημιουργεί μια μαύρη τρύπα όπου δεν υπάρχει διάσπαρτο φως και θα βλέπατε κανέναν πλανήτη από το πλάι."
Η ομάδα των UA, η οποία περιελάμβανε επίσης τον Eric Christensen από το Lunar και το Planetary Lab της UA, επέδειξε ένα πρωτότυπο οπτικό στρογγυλό περίγραμμα στο τηλεσκόπιο Mount Lemmon 60 ιντσών του Steward Observatory πριν από δύο χρόνια. Δεν μπορούσαν να αναζητήσουν πλανήτες έξω από το ηλιακό μας σύστημα, επειδή το τηλεσκόπιο 60 ιντσών δεν είναι εξοπλισμένο με προσαρμοστικά οπτικά που διορθώνουν την ατμοσφαιρική αναταραχή.
Αντ 'αυτού, η ομάδα πήρε φωτογραφίες του Κρόνου και των δακτυλίων του για να δείξει πόσο εύκολα μια τέτοια μάσκα θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί με το υπάρχον σύστημα κάμερας ενός τηλεσκοπίου. Μια φωτογραφία από τη δοκιμή είναι διαδικτυακή στον ιστότοπο της Swartzlander, http://www.u.arizona.edu/~grovers.
Τα οπτικά στεφανιαία στροφών θα μπορούσαν να είναι πολύτιμα για τα μελλοντικά διαστημικά τηλεσκόπια, όπως το Terrestrial Planet Finder (TPF) της NASA και η αποστολή του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος στο Ντάργουιν, σημείωσε ο Swartzlander. Η αποστολή TPF θα χρησιμοποιήσει διαστημικά τηλεσκόπια για τη μέτρηση του μεγέθους, της θερμοκρασίας και της τοποθέτησης πλανητών τόσο μικρών όσο της Γης στις κατοικήσιμες περιοχές των απομακρυσμένων ηλιακών συστημάτων.
"Ζητούμε επιχορηγήσεις για να κάνουμε μια καλύτερη μάσκα - για να βελτιώσουμε πραγματικά αυτό το πράγμα για να αποκτήσουμε οπτικά καλύτερης ποιότητας", δήλωσε ο Swartzlander. «Μπορούμε να το αποδείξουμε τώρα στο εργαστήριο για ακτίνες λέιζερ, αλλά χρειαζόμαστε μια πραγματικά καλής ποιότητας μάσκα για να πλησιάσουμε αυτό που χρειάζεται για ένα τηλεσκόπιο».
Η μεγάλη πρόκληση είναι η ανάπτυξη ενός τρόπου χάραξης της μάσκας για να πάρει «ένα μεγάλο λίπος μηδέν φωτός» στον πυρήνα της, είπε.
Ο Swartzlander και οι μεταπτυχιακοί φοιτητές του κάνουν αριθμητικές προσομοιώσεις για να προσδιορίσουν το κατάλληλο βήμα για ελικοειδείς μάσκες στα επιθυμητά μήκη κύματος. Η Swartzlander υπέβαλε δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για μάσκα που καλύπτει περισσότερα από ένα μήκος κύματος ή χρώμα φωτός.
Τα κονδύλια του Γραφείου Έρευνας του Στρατού των ΗΠΑ και της Πολιτείας της Αριζόνα 301 υποστηρίζουν αυτήν την έρευνα.
Το Army Research Office χρηματοδοτεί τη βασική έρευνα οπτικών επιστημών, αν και το έργο του Swartzlander έχει επίσης πρακτικές εφαρμογές άμυνας.
Οπτικές μάσκες δίνης θα μπορούσαν επίσης να χρησιμοποιηθούν στη μικροσκοπία για να ενισχύσουν την αντίθεση μεταξύ βιολογικών ιστών.
Αρχική πηγή: Δελτίο ειδήσεων UA
