Новая техника создает линзы для сфокусированного спектра или изображения

Экспериментальный метод может быть использован для создания легкой гибкой линзы много метров в диаметре, которую можно свернуть для запуска и развернуть в космосе.

«Мы используем две сферические световые волны для создания голограммы, что дает нам точный контроль над дифракционной решеткой, записанной на пленке, и ее воздействием на свет – либо разделяя свет со сверхчувствительностью, либо фокусируя свет с высоким разрешением», сказал Мей-Ли Се, приглашенный исследователь в Политехническом институте Ренсселера и эксперт в области оптики и фотоники, который нашел математическое решение для управления выводом голограммы. «Мы считаем, что эта модель может быть полезна в приложениях, требующих спектроскопии с чрезвычайно высоким спектральным разрешением, таких как анализ экзопланет».

Се, который также занимает должность преподавателя в Национальном университете Ян Мин Чао Дун в Тайване, вместе с физиками Ренсселера Шон-Ю Лин и Хайди Джо Ньюберг работал с Томасом Д. Дитто, художником и изобретателем, который придумал идею оптического пространства. телескоп освобожден от обычных и тяжелых стеклянных зеркал и линз. Дитто впервые работал в Rensselaer в 1970-х годах и в настоящее время является приглашенным исследователем в области астрофизики.

Телескопы, которые необходимо запускать в космос (чтобы получить обзор, который не затрудняет атмосфера Земли), ограничены весом и размером стеклянных зеркал, используемых для фокусировки света, которые могут реально охватить всего несколько метров в диаметре. Напротив, легкая гибкая голографическая линза – более правильное название «голографический оптический элемент» – используемая для фокусировки света, может иметь десятки метров в поперечнике. По словам Ньюберга, профессора физики, прикладной физики и астрономии Ренсселера, такой инструмент можно было бы использовать для непосредственного наблюдения за экзопланетой.

«Чтобы найти Землю 2.0, мы действительно хотим видеть 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 », – сказал Ньюберг, астрофизик и эксперт по структуре галактики.

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

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 отдельные части. составляющие цвета.

По словам Лин, автора-корреспондента и профессора физики, прикладной физики и астрономии Ренсселера, новый метод позволяет дизайнерам либо фокусировать свет на одной точке, либо рассеивать его на составляющие цвета, создавая спектр чистых цветов. В этом методе используются два источника света, расположенных очень близко друг к другу, которые создают концентрические световые волны, которые по мере продвижения к пленке либо создают, либо нейтрализуют друг друга. Эту схему схождения или интерференции можно настроить на основе формул, разработанных Се. Он печатается или «записывается» на пленку как голографическое изображение, и, в зависимости от того, как изображение структурировано, свет, проходящий через голографический оптический элемент, либо фокусируется, либо растягивается.

«Мы хотели растянуть свет, чтобы разделить его на волны разной длины. Любая линза Френеля немного растянет свет, но недостаточно », – сказал Линь, эксперт в области фотонных кристаллов и нанофотоники. «С помощью нашего метода мы можем получить сверхразрешение на одном конце или сверхчувствительность – с разделением каждого цвета. Когда свет так растягивается, цвет получается очень хорошим, чистым и ярким, насколько это возможно ».