Потребность в большем космическом телескопе вдохновила на создание легкой гибкой голографической линзы

Вдохновленная концепцией обнаружения экзопланет с помощью гигантского космического телескопа, группа исследователей разрабатывает голографические линзы, которые преобразуют видимый и инфракрасный звездный свет либо в сфокусированное изображение, либо в спектр. Экспериментальный метод можно использовать для создания легкой гибкой линзы многометрового диаметра, которую можно было бы катить для запуска и разворачивать в космосе.

Для создания голограммы используются две сферические световые волны, что позволяет точно управлять дифракционной решеткой, записанной на пленке, и эффектом, который она оказывает на свет — либо разделяя свет со сверхчувствительностью, либо фокусируя его с высоким разрешением. Исследователи считают, что эта модель может быть полезна в приложениях, требующих спектроскопии с чрезвычайно высоким спектральным разрешением, например при анализе экзопланет.

Телескопы, которые должны быть запущены в космос (чтобы извлечь выгоду из беспрепятственного обзора земной атмосферой), ограничены весом и объемом стеклянных зеркал, используемых для фокусировки света. Эти зеркала могут реально охватывать только несколько метров в диаметре. Напротив, легкая гибкая голографическая линза, более правильно называемая «голографическим оптическим элементом», используемая для фокусировки света, может достигать десятков метров в поперечнике. Такой инструмент можно было бы использовать для непосредственного наблюдения за экзопланетой, что является шагом вперед по сравнению с существующими методами, которые обнаруживают экзопланеты на основе их влияния на свет, исходящий от звезды, вокруг которой они вращаются.

«Чтобы найти Землю 2.0, мы действительно хотим увидеть экзопланеты с помощью прямого изображения — нам нужно иметь возможность смотреть на звезду и видеть планету отдельно от звезды. А для этого нам нужно высокое разрешение и действительно большой телескоп», – сказала профессор Хайди Джо Ньюберг.

Голографический оптический элемент представляет собой усовершенствованную версию линзы Френеля, категории линз, в которых используются концентрические кольца призм, расположенные в плоской плоскости, чтобы имитировать фокусирующую способность изогнутой линзы без объема. Концепция линзы Френеля, которая была разработана для использования на маяках, восходит к 19 веку, когда современные линзы Френеля из стекла или пластика используются в автомобильных лампах, микрооптике и экранах фотоаппаратов.

Но хотя голографические оптические элементы Френеля, созданные путем воздействия на светочувствительную пластиковую пленку двух источников света на разных расстояниях от пленки, не являются чем-то необычным, существующие методы ограничивались линзами, которые могли только фокусировать свет, а не разделять его на части. составляющие его цвета.

Новый метод позволяет дизайнерам либо фокусировать свет в одной точке, либо рассеивать его на составляющие его цвета, создавая спектр чистых цветов. В этом методе используются два источника света, расположенные очень близко друг к другу, которые создают концентрические волны света, которые по мере продвижения к пленке либо дополняют друг друга, либо гасят друг друга. Этот образец конвергенции или интерференции можно настроить на основе формул, разработанных приглашенным профессором Мей-Ли Хси. Он печатается или «записывается» на пленку как голографическое изображение, и, в зависимости от структуры изображения, свет, проходящий через голографический оптический элемент, либо фокусируется, либо растягивается.