Vypočítaná intenzita vírového koronografu pre jediný bodový zdroj. Obrazový kredit: Grover Swartzlander. klikni na zväčšenie
"Niektorí ľudia hovoria, že študujem temnotu, nie optiku," žartuje Grover Swartzlander.
Ale je to druh temnoty, ktorý umožní astronómom vidieť svetlo.
Swartzlander, docent na University of Arizona College of Optical Sciences, vyvíja zariadenia, ktoré blokujú oslňujúce svetlo, čo umožňuje astronómom študovať planéty v blízkych solárnych systémoch.
Zariadenia sa tiež môžu ukázať ako cenné pre optickú mikroskopiu a môžu sa používať na ochranu kamery a zobrazovacích systémov pred oslnením.
Jadrom tejto technológie je „optická vírová maska“ - tenký, malý, priehľadný sklenený čip, ktorý je vyleptaný radom krokov v tvare podobnej špirálovému schodisku.
Keď svetlo dopadne na masku mŕtve, spomalí sa viac v hrubších vrstvách ako v tenších vrstvách. Svetlo je nakoniec rozdelené a fázovo posunuté, takže niektoré vlny sú s ostatnými o 180 stupňov. Svetlo sa točí cez masku ako vietor v hurikáne. Keď dosiahne „oko“ tohto optického twisteru, svetelné vlny, ktoré sú 180 stupňov mimo fázy, sa navzájom rušia a zanechávajú úplne tmavé stredové jadro.
Swartzlander hovorí, že je to ako ľahké nasledovanie závitu skrutky. Rozstup optického „čapu“ - vzdialenosť medzi dvoma susednými závitmi - je kritický. "Vytvárame niečo špeciálne, kde by výška tónu mala zodpovedať zmene fázy jednej vlnovej dĺžky svetla," vysvetlil. „Chceme masku, ktorá v podstate odreže túto rovinu alebo vrstvu prichádzajúceho svetla a stočí ju do súvislého špirálového lúča.“
„To, čo sme nedávno našli, je z teoretického hľadiska úžasné,“ dodal.
"Matematicky je to krásne."
Optické víry nie sú novým nápadom, poznamenal Swartzlander. Až do polovice 90. rokov boli vedci schopní študovať fyziku za ňou. V takom prípade takýto výskum umožnil pokrok v počítačom generovaných hologramoch a vysoko presnej litografii.
Swartzlander a jeho postgraduálni študenti, Gregory Foo a David Palacios, nedávno upozornili médiá, keď publikovali článok „Optics Letters“ o tom, ako by sa optické vírové masky mohli použiť na výkonných ďalekohľadoch. Masky by sa mohli použiť na blokovanie hviezdneho svetla a umožnenie astronómom priamo detekovať svetlo z planéty 10 miliárd krát stmievanejšej hviezdy.
To by sa dalo urobiť pomocou „optického vírového koronografu“. V tradičnom koronografe sa používa nepriehľadný disk na blokovanie hviezdneho svetla. Astronómovia, ktorí hľadajú slabé planéty blízko jasných hviezd, však nemôžu používať tradičný koronograf, pretože oslnenie od hviezdneho svetla sa rozptyľuje okolo disku a zakrýva svetlo odrazené od planéty.
"Akékoľvek malé množstvo rozptýleného svetla z hviezdy stále premôže signál z planéty," vysvetlil Swartzlander. "Ale ak sa špirála vírovej masky zhoduje presne so stredom hviezdy, vytvorí maska čiernu dieru, v ktorej nie je rozptýlené svetlo a ktorúkoľvek planétu by ste videli bokom."
Tím UA, ktorého súčasťou bol aj Eric Christensen z laboratória Lunar and Planetetary Lab spoločnosti UA, pred dvoma rokmi predstavil prototyp optického vírivého koronografu na 60-palcovom teleskopu Mount Lemmon na Steward Observatory. Nemohli hľadať planéty mimo našej slnečnej sústavy, pretože 60-palcový ďalekohľad nie je vybavený adaptívnou optikou, ktorá koriguje atmosférickú turbulenciu.
Tím namiesto toho nasnímal Saturn a jeho prstene, aby ukázal, ako ľahko by sa takáto maska mohla použiť s existujúcim kamerovým systémom ďalekohľadu. Fotografia z testu je online na webových stránkach Swartzlander, http://www.u.arizona.edu/~grovers.
Koronografy optických vírov by mohli byť užitočné pre budúce vesmírne teleskopy, ako je napríklad Terrestrial Planet Finder (TPF) NASA a misia Európskej vesmírnej agentúry (Darwin), poznamenal Swartzlander. Misia TPF bude používať vesmírne teleskopy na meranie veľkosti, teploty a umiestnenia planét tak malých ako Zem v obývateľných oblastiach vzdialených slnečných systémov.
"Žiadame o granty na vytvorenie lepšej masky - aby sme túto vec skutočne vylepšili, aby sme získali kvalitnejšiu optiku," uviedol Swartzlander. "Môžeme to teraz demonštrovať v laboratóriu pre laserové lúče, ale potrebujeme kvalitnú masku, aby sme sa dostali bližšie k tomu, čo je potrebné pre teleskop."
Veľkou výzvou je vyvinúť spôsob, ako leptať masku, aby sa v jej jadre dostala „veľká tuhá nula svetla“, uviedol.
Swartzlander a jeho doktorandi robia numerické simulácie, aby určili správne rozstupy špirálových masiek na požadovaných optických vlnových dĺžkach. Spoločnosť Swartzlander podala patent na masku, ktorá pokrýva viac ako jednu vlnovú dĺžku alebo farbu svetla.
Americký výskumný úrad armády a štát Arizona Proposition 301 podporujú tento výskum.
Úrad pre výskum armády financuje základný výskum optických vied, hoci práca Swartzlandera má aj praktické obranné aplikácie.
Optické vírové masky sa môžu tiež použiť v mikroskopii na zvýšenie kontrastu medzi biologickými tkanivami.
Pôvodný zdroj: UA News Release
