Izračunana intenziteta vrtinčnega koronagrafa za en sam točkovni vir. Kreditna slika: Grover Swartzlander. Kliknite za povečavo
"Nekateri pravijo, da preučujem temo in ne optike," se šali Grover Swartzlander.
Toda to je neka vrsta teme, ki astronomom omogoča, da vidijo svetlobo.
Swartzlander, izredni profesor na Fakulteti za optične vede na Univerzi v Arizoni, razvija naprave, ki blokirajo bleščečo zvezdno svetlobo, ki astronomom omogoča, da preučujejo planete v bližnjih sončnih sistemih.
Naprave se lahko izkažejo tudi za optično mikroskopijo in se uporabljajo za zaščito sistemov kamer in slik pred bleščanjem.
Jedro te tehnologije je "optična vrtinčna maska" - tanek, majhen, pregleden stekleni čip, ki je vtkan z nizom korakov v vzorcu, podobnem spiralnemu stopnišču.
Ko svetloba zadene masko, se počasneje upočasni v debelejših plasteh kot v tanjših. Sčasoma se svetloba razdeli in preklopi fazo, tako da so nekateri valovi za 180 stopinj izven faze, pri drugih. Svetloba se vrti skozi masko kot veter v orkanu. Ko dosežejo "oko" tega optičnega vrtinca, se svetlobni valovi, ki so 180 stopinj zunaj faze, medsebojno odpovedo, tako da ostanejo popolnoma temno osrednje jedro.
Swartzlander pravi, da je to kot svetloba, ki sledi nitkam vijaka. Nagib optičnega „vijaka“ - razdalja med dvema sosednjima niti - je kritičen. "Ustvarjamo nekaj posebnega, kjer naj bi smola ustrezala spremembi faze svetlobe ene valovne dolžine," je pojasnil. "Želimo si masko, ki v bistvu razreže to ravnino ali pločevino dohodne svetlobe in jo zavije v neprekinjen spiralni žarek."
"To, kar smo nedavno ugotovili, je s teoretičnega vidika neverjetno nogavice," je dodal.
"Matematično, lepo je."
Optični vrtinci niso nova ideja, je ugotovil Swartzlander. Toda šele sredi devetdesetih let so znanstveniki lahko proučevali fiziko, ki stoji za njim. Takrat so raziskave omogočile napredek računalniško ustvarjenih hologramov in visoko natančne litografije.
Swartzlander in njegovi študenti, Gregory Foo in David Palacios, so medijsko pozornost pritegnili nedavno, ko so "Optics Letters" objavile svoj članek o tem, kako se optične vrtinčne maske lahko uporabljajo na močnih teleskopih. Maske bi lahko uporabili za blokiranje zvezdne svetlobe in astronomom omogočili, da neposredno zaznajo svetlobo z 10 milijardkrat krat zatemnjenega planeta, ki kroži okoli zvezde.
To bi lahko storili z "optičnim vrtinčnim koronagrafom". V tradicionalnem koronagrafu se neprozoren disk uporablja za preprečevanje svetlobe zvezde. Toda astronomi, ki iščejo rahle planete v bližini svetlih zvezd, ne morejo uporabljati tradicionalnega koronagrafa, ker bleščanje zvezdne svetlobe razhaja okoli diska, ki zakriva svetlobo, ki se odbija od planeta.
"Vsaka majhna količina razsvetljene svetlobe od zvezde še vedno preplavi signal planeta," je pojasnil Swartzlander. "Toda če spirala vrtinčne maske natančno sovpada s središčem zvezde, maska ustvari črno luknjo, kjer ni razpršene svetlobe, in videl bi kateri koli planet stran."
Ekipa UA, v kateri je bil tudi Eric Christensen iz UA Lunar in planetarnega laboratorija, je pred dvema letoma demonstrirala prototip optičnega vrtinčnega koronagrafa na 60-palčnem teleskopu Mount Lemmon Observatory Steward Observatory. Niso mogli iskati planetov zunaj našega osončja, saj 60-palčni teleskop ni opremljen s prilagodljivo optiko, ki bi popravila atmosferske turbulence.
Ekipa je namesto tega posnela Saturn in njegove prstane, da bi dokazala, kako enostavno je takšno masko mogoče uporabiti pri obstoječem teleskopskem sistemu kamer. Fotografija testa je na spletu na spletni strani Swartzlander, http://www.u.arizona.edu/~grovers.
Optični vrtinčni koronagrami bi lahko bili koristni za prihodnje vesoljske teleskope, kot so Nasin zemeljski iskalnik planetov (TPF) in misija Evropske vesoljske agencije Darwin, je ugotovil Swartzlander. Misija TPF bo uporabljala vesoljske teleskope za merjenje velikosti, temperature in umestitve planetov, ki so majhni kot Zemlja na bivalnih območjih oddaljenih sončnih sistemov.
"Prosimo za dodelitev nepovratnih sredstev, da bi naredili boljšo masko - da bi to stvar resnično povečali, da bi dobili bolj kakovostno optiko," je dejal Swartzlander. "To lahko zdaj pokažemo v laboratoriju za laserske žarke, vendar potrebujemo res kakovostno masko, da se približamo potrebnim za teleskop."
Velik izziv je razviti način, kako vtisniti masko, da bi v njenem jedru dobili "veliko maščobno ničlo svetlobe", je dejal.
Swartzlander in njegovi diplomanti delajo numerične simulacije, da določijo ustrezen naklon za vijačne maske pri želenih optičnih valovnih dolžinah. Swartzlander je vložil patent za masko, ki zajema več kot eno valovno dolžino ali barvo svetlobe.
Ameriška raziskovalna služba ameriške vojske in 301 skladov podpirata to raziskavo.
Urad za raziskovanje vojske financira temeljne raziskave optičnih znanosti, čeprav ima delo Swartzlandera tudi praktične aplikacije za obrambo.
V mikroskopiji bi lahko uporabili tudi optične vrtinčne maske za povečanje kontrasta med biološkimi tkivi.
Izvirni vir: UA News Release
