Virpuļkorogrāfa aprēķinātā intensitāte vienam punktam līdzīgam avotam. Attēla kredīts: Grover Swartzlander. Noklikšķiniet, lai palielinātu
“Daži cilvēki saka, ka es studēju tumsu, nevis optiku,” jokoja Grovers Svartzlanders.
Bet tā ir sava veida tumsa, kas astronomiem ļaus redzēt gaismu.
Svartzlanders, Arizonas Universitātes Optisko zinātņu koledžas asociētais profesors, izstrādā ierīces, kas bloķē žilbinošo zvaigžņu gaismu, ļaujot astronomiem izpētīt planētas tuvējās Saules sistēmās.
Ierīces var izrādīties vērtīgas arī optiskajā mikroskopijā, un tās var izmantot, lai aizsargātu kameras un attēlveidošanas sistēmas no atspulga.
Šīs tehnoloģijas kodols ir “optiskā virpuļmaska” - plāna, niecīga, caurspīdīga stikla mikroshēma, kas ir iegravēta ar virkni pakāpju pēc modeļa, kas līdzīgs spirālveida kāpnēm.
Kad gaisma nonāk līdz mirušajai maskai, tā vairāk palēninās biezākajos slāņos nekā plānākajos. Galu galā gaisma tiek sadalīta un fāze nobīdīta, tāpēc daži viļņi ir par 180 grādiem ārpus fāzes ar citiem. Gaisma spīd cauri maskai kā vējš viesuļvētras laikā. Kad tas nonāk pie šī optiskā vijuma “acs”, gaismas viļņi, kas ir 180 grādu fāzē, atdalās viens no otra, atstājot pilnīgi tumšu centrālo kodolu.
Swartzlander saka, ka tas ir kā gaisma pēc skrūves pavedieniem. Optiskā “skrūves” slīpums - attālums starp diviem blakus esošajiem pavedieniem - ir kritisks. "Mēs veidojam kaut ko īpašu, kur skaļumam jāatbilst viena gaismas viļņa garuma fāzes izmaiņām," viņš paskaidroja. "Mēs vēlamies masku, kas būtībā sagriež šo ienākošās gaismas plakni vai loksni un saliek to nepārtrauktā spirālveida starā."
"Tas, ko mēs nesen esam atraduši, no teorētiskā viedokļa ir ļoti pārsteidzoši," viņš piebilda.
“Matemātiski tas ir skaisti.”
Optiskie virpuļi nav jauna ideja, atzīmēja Swartzlander. Bet tikai 1990. gadu vidū zinātnieki varēja izpētīt aiz tā esošo fiziku. Tas bija tad, kad datorizētu hologrammu un augstas precizitātes litogrāfijas attīstība ļāva veikt šādus pētījumus.
Swartzlander un viņa absolventi Gregorijs Fū un Deivids Palacijs nesen izpelnījās mediju uzmanību, kad “Optics Letters” publicēja savu rakstu par to, kā optiskās virpuļmaskas varētu izmantot jaudīgos teleskopos. Maskas varētu izmantot, lai bloķētu zvaigžņu gaismu un ļautu astronomiem tieši atklāt gaismu no 10 miljardus reižu tuvākas planētas, kas riņķo ap zvaigzni.
To var izdarīt ar “optiskā virpuļkoronogrāfu”. Tradicionālā koronogrāfā zvaigznītes gaismas bloķēšanai tiek izmantots necaurspīdīgs disks. Bet astronomi, kuri meklē nelāgas planētas netālu no spilgtām zvaigznēm, nevar izmantot tradicionālo koronagrāfu, jo zvaigžņu gaismas atspīdumi izkliedējas ap disku, aizēnojot no planētas atstaroto gaismu.
"Neliels izkliedētās gaismas daudzums no zvaigznes joprojām iznīcinās planētas signālu," skaidroja Svartzlanders. "Bet, ja virpuļmaskas spirāle precīzi sakrīt ar zvaigznes centru, tad maska rada melnu caurumu, kur nav izkliedētas gaismas, un jūs redzētu jebkuru planētu uz sāniem."
UA komanda, kuras sastāvā bija arī Ēriks Kristensens no UA Lunar un Planetary Lab, pirms diviem gadiem Stjuares observatorijas 60 collu Mount Lemmon teleskopā demonstrēja optiskā virpuļa koronogrāfu. Viņi nevarēja meklēt planētas ārpus mūsu Saules sistēmas, jo 60 collu teleskops nav aprīkots ar adaptīvo optiku, kas koriģē atmosfēras turbulenci.
Tā vietā komanda fotografēja Saturnu un tā gredzenus, lai parādītu, cik viegli šādu masku varētu izmantot ar teleskopa esošo kameru sistēmu. Testa fotoattēls ir tiešsaistē vietnē Swartzlander vietnē http://www.u.arizona.edu/~grovers.
Optiskie virpuļkorogrāfi varētu būt vērtīgi nākotnes kosmosa teleskopiem, piemēram, NASA Terrestrial Planet Finder (TPF) un Eiropas Kosmosa aģentūras Darvina misijai, atzīmēja Swartzlander. TPF misija izmantos kosmosa teleskopus, lai izmērītu tik mazu kā Zeme planētu izmēru, temperatūru un izvietojumu tālu Saules sistēmu apdzīvojamās vietās.
"Mēs piesakāmies dotācijām, lai izveidotu labāku masku - lai patiešām uzlabotu šo lietu, lai iegūtu labākas kvalitātes optiku, sacīja Swartzlander. "Mēs to tagad varam parādīt lāzera staru laboratorijā, taču mums ir vajadzīga patiešām kvalitatīva maska, lai tuvotos teleskopam nepieciešamajam."
Viņš sacīja, ka liels izaicinājums ir maskas kodināšanas paņēmiena izstrāde, lai tās kodolā nonāktu “liela tauku nulle”.
Swartzlander un viņa maģistranti veic skaitliskas simulācijas, lai noteiktu pareizu spirālveida masku soli vēlamajos optiskajos viļņu garumos. Swartzlander ir iesniedzis patentu maskai, kas aptver vairāk nekā vienu viļņa garumu vai gaismas krāsu.
ASV armijas pētījumu birojs un Arizonas štata Proposition 301 fondi atbalsta šo pētījumu.
Armijas pētījumu birojs finansē optisko zinātņu pamatpētījumus, lai gan Swartzlander darbam ir arī praktiskas aizsardzības iespējas.
Optiskās virpuļmaskas var izmantot arī mikroskopijā, lai uzlabotu kontrastu starp bioloģiskajiem audiem.
Oriģinālais avots: UA News Release
