Korpuse korpograafi arvutatud intensiivsus ühe punktitaolise allika jaoks. Pildikrediit: Grover Swartzlander. Pilt suuremalt
"Mõned inimesed ütlevad, et ma õpin pimedust, mitte optikat," naljatab Grover Swartzlander.
Kuid see on omamoodi pimedus, mis võimaldab astronoomidel valgust näha.
Arizona ülikooli optikakõrgkooli dotsent Swartzlander töötab välja seadmeid, mis blokeerivad pimestavat tähevalgust, võimaldades astronoomidel uurida lähedalasuvate päikesesüsteemide planeete.
Seadmed võivad osutuda väärtuslikuks ka optilise mikroskoopia korral ning neid saab kasutada kaamera- ja pildisüsteemide kaitsmiseks pimestamise eest.
Selle tehnoloogia tuumaks on “optiline keerise mask” - õhuke, väike, läbipaistev klaasist kiip, mis on söövitatud rea sammudega spiraalse trepiga sarnase mustrina.
Kui valgus tabab maski surnult, aeglustub see paksemas kihis rohkem kui õhemates. Lõpuks valgus jagatakse ja faas nihkub, nii et mõned lained on teistega võrreldes 180 kraadi. Valgus keerleb läbi maski nagu tuul orkaanis. Kui see jõuab selle optilise keeraja "silma", kahandavad 180 kraadi faasist väljas olevad lained üksteist, jättes täiesti tumeda kesksüdamiku.
Swartzlander ütleb, et see on nagu valgus, mis järgib poldi keermeid. Optilise poldi samm - kahe külgneva keerme vaheline kaugus - on kriitiline. "Me loome midagi erilist, kus samm peaks vastama valguse ühe lainepikkuse faasi muutusele," selgitas ta. "Mida me tahame, on mask, mis lõikab siseneva valguse selle tasapinna või lehe sisuliselt lahti ja keerutab selle pidevaks spiraalseks kiiriks."
"See, mida me hiljuti avastasime, on teoreetilisest küljest hämmastav," lisas ta.
"Matemaatiliselt on see ilus."
Optilised keerised pole uus idee, märkis Swartzlander. Kuid alles 1990ndate keskpaigas said teadlased uurida selle taga olevat füüsikat. See oli siis, kui arvutiga loodud hologrammide ja ülitäpse litograafia edusammud võimaldasid selliseid uuringuid teha.
Swartzlander ja tema kraadiõppurid Gregory Foo ja David Palacios pälvisid meedia tähelepanu hiljuti, kui “Optics Letters” avaldas oma artikli sellest, kuidas optilisi pöörismaske võiks kasutada võimsatel teleskoopidel. Maske võiks kasutada tähevalguse blokeerimiseks ja võimaldada astronoomidel tuvastada tähe ümber tiirleva 10 miljardit korda hämardava planeedi valgus.
Seda saab teha optilise keerise koronagraafiga. Traditsioonilises koronagraafis kasutatakse tähe valguse blokeerimiseks läbipaistmatut ketast. Kuid astronoomid, kes otsivad heleda tähe lähedal nõrku planeete, ei saa traditsioonilist koronagraafi kasutada, kuna tähevalgusest tekkiv pimestamine hajub ketta ümber, varjates planeedilt peegelduvat valgust.
"Ükskõik milline väike tähe hajutatud valguse valgus ületab ikkagi planeedi signaali," selgitas Swartzlander. "Aga kui keerise maski spiraal langeb täpselt kokku tähe keskosaga, loob mask musta augu, kus pole hajutatud valgust, ja te näeksite ükskõik millist planeeti küljelt."
AÜ meeskond, kuhu kuulusid ka Ericu Christensen AÜ Lunarist ja Planetary Labist, demonstreeris kaks aastat tagasi Stewardi observatooriumi 60-tollise Mount Lemmoni teleskoobiga optilise keerise koronograafi. Nad ei suutnud otsida meie päikesesüsteemist väljaspool asuvaid planeete, kuna 60-tolline teleskoop ei ole varustatud adaptiivse optikaga, mis korrigeerib atmosfääri turbulentsi.
Selle asemel tegi meeskond pilte Saturnist ja selle rõngastest, et näidata, kui hõlpsalt saab sellist maski kasutada teleskoobi olemasoleva kaamerasüsteemiga. Testi foto on veebis Swartzlanderi veebisaidil http://www.u.arizona.edu/~grovers.
Optilised keerises kasutatavad koroonograafid võivad olla väärtuslikud selliste kosmoseteleskoopide jaoks nagu NASA maapealse planeedi otsing (TPF) ja Euroopa Kosmoseagentuuri Darwini missioon, märkis Swartzlander. TPF missioon kasutab kosmosepõhiseid teleskoope, et mõõta Maaga nii pisikeste planeetide suurust, temperatuuri ja paigutust kaugete päikesesüsteemide elamispiirkondadesse.
"Taotleme toetusi parema maski tegemiseks - selle asja kallale asumiseks, et saada parema kvaliteediga optikat," ütles Swartzlander. "Saame seda nüüd laserkiirte laboris demonstreerida, kuid teleskoobi jaoks vajaliku jaoks lähemale saamiseks on vaja tõeliselt kvaliteetset maski."
Ta ütles, et suur väljakutse on maski söövitamise viisi väljatöötamine, et selle tuum saaks „suure rasvavaba valguse nulli”.
Swartzlander ja tema kraadiõppurid teevad arvulisi simulatsioone, et määrata spiraalsete maskide õige helikõrgus soovitud optilistel lainepikkustel. Swartzlander on esitanud patendi maski jaoks, mis katab rohkem kui ühe lainepikkuse või valguse värvi.
Seda teadustööd toetavad USA armee uurimisbüroo ja Arizona osariigi Proposition 301 fondid.
Armee uurimisbüroo rahastab optikaalaseid alusuuringuid, ehkki Swartzlanderi loomingul on ka praktilisi kaitserakendusi.
Bioloogiliste kudede kontrasti suurendamiseks võiks mikroskoopias kasutada ka optilisi keerise maske.
Algne allikas: UA pressiteade
