단일 포인트 유사 소스에 대한 계산 된 와류 코로나 그래프의 강도. 이미지 크레디트 : Grover Swartzlander. 클릭하면 확대
Grover Swartzlander는“일부 사람들은 광학이 아니라 어둠을 연구한다고 말합니다.
그러나 천문학 자들이 빛을 볼 수있게하는 것은 일종의 어둠입니다.
애리조나 광학 과학 대학 (University of Arizona)의 부교수 인 스와 츠 랜더 (Swartzlander)는 눈부신 별빛을 차단 해 천문학 자들이 근처의 태양계에서 행성을 연구 할 수있는 장치를 개발하고있다.
이 장치는 또한 광학 현미경에 가치가 있으며 카메라 및 이미징 시스템을 눈부심으로부터 보호하는 데 사용됩니다.
이 기술의 핵심은“광학 와류 마스크”– 나선형 계단과 유사한 패턴으로 일련의 단계로 에칭 된 얇고 작고 투명한 유리 칩입니다.
빛이 마스크에 부딪 치면 얇은 층보다 두꺼운 층에서 속도가 더 느려집니다. 결국, 빛은 분리되고 위상이 바뀌므로 일부 파도는 다른 파도와 180도 위상이 다릅니다. 허리케인의 바람처럼 마스크를 통해 빛이 회전합니다. 이 광 트위스터의 "눈"에 도달하면 180도 위상차 인 광파가 서로 상쇄되어 완전히 어두운 중앙 코어가 남습니다.
Swartzlander는 볼트의 나사산을 따라 가면 빛과 같다고 말합니다. 두 개의 나사산 사이의 거리 인 광학“볼트”의 피치가 중요합니다. “우리는 피치가 한 파장의 빛의 위상 변화와 일치해야하는 특별한 것을 만들고 있습니다.”라고 그는 설명했습니다. "우리가 원하는 것은 들어오는 평면의이 평면 또는 시트를 잘라내어 연속적인 나선형 빔으로 말리는 마스크입니다."
"최근에 우리가 발견 한 것은 이론적 인 관점에서 놀랍게도 놀랍습니다."라고 덧붙였습니다.
"수학적으로 아름답습니다."
스와 츠 랜더는 광학 소용돌이가 새로운 아이디어가 아니라고 지적했다. 그러나 과학자들이 1990 년대 중반이 되어서야 물리학을 연구 할 수있었습니다. 그때 컴퓨터로 생성 된 홀로그램과 고정밀 리소그래피의 발전으로 그러한 연구가 가능해졌습니다.
스와 츠 랜더와 그의 대학원생 인 그레고리 푸 (Gregory Foo)와 데이비드 팔라시오 스 (David Palacios)는 최근“광학 서신 (Optics Letters)”이 강력한 망원경에서 광학 소용돌이 마스크가 어떻게 사용될 수 있는지에 대한 기사를 발표했을 때 언론의 주목을 받았다. 이 마스크는 별빛을 차단하고 천문학 자들이 별을 공전하는 10 억 배의 희미한 행성에서 빛을 직접 감지 할 수있게 해줍니다.
이것은 "광학 소용돌이 코로나 그래프"로 수행 할 수 있습니다. 전통적인 코로나 그래프에서는 불투명 한 디스크를 사용하여 별 빛을 차단합니다. 그러나 밝은 별 근처의 희미한 행성을 찾고있는 천문학 자들은 별의 빛이 디스크 주위에서 회절되어 행성에서 반사 된 빛을 가리기 때문에 전통적인 코로나 그래프를 사용할 수 없습니다.
스와 츠 랜더는“별에서 나오는 소량의 회절 광은 여전히 행성의 신호를 압도 할 것”이라고 설명했다. "그러나 소용돌이 마스크의 나선이 별의 중심과 정확히 일치하면이 마스크는 산란광이없는 블랙홀을 생성하고 옆으로 행성이 보입니다."
UA의 Lunar and Planetary Lab의 Eric Christensen도 포함 된 UA 팀은 2 년 전 Steward Observatory의 60 인치 Mount Lemmon 망원경에서 광학 소용돌이 코로나 그래프 프로토 타입을 시연했습니다. 60 인치 망원경에는 대기 난류를 보정하는 적응 형 광학 장치가 없기 때문에 태양계 외부의 행성을 검색 할 수 없었습니다.
대신, 팀은 망원경의 기존 카메라 시스템에서 이러한 마스크를 얼마나 쉽게 사용할 수 있는지 보여주기 위해 토성과 그 반지의 사진을 찍었습니다. 테스트의 사진은 Swartzlander 웹 사이트 (http://www.u.arizona.edu/~grovers)에서 온라인으로 제공됩니다.
Swartzlander는 광학 소용돌이 코로나 그래프는 NASA의 지상 행성 탐지기 (TPF) 및 유럽 우주국의 다윈 임무와 같은 미래 우주 망원경에 유용 할 수 있다고 지적했다. TPF 임무는 우주 기반 망원경을 사용하여 먼 태양계의 거주 지역에서 지구만큼 작은 행성의 크기, 온도 및 배치를 측정합니다.
Swartzlander는“우리는 더 나은 마스크를 만들기 위해 보조금을 신청하고 있습니다. "우리는 지금 이것을 실험실에서 레이저 빔으로 시연 할 수 있지만 망원경에 필요한 것에 더 가까워 지려면 정말 좋은 품질의 마스크가 필요합니다."
가장 큰 도전은 마스크를 식각하여 코어에 "큰 지방 제로"를 얻는 방법을 개발하는 것이라고 그는 말했다.
Swartzlander와 그의 대학원생들은 원하는 광학 파장에서 나선형 마스크의 적절한 피치를 결정하기 위해 수치 시뮬레이션을 수행하고 있습니다. Swartzlander는 하나 이상의 파장 또는 빛의 색상을 커버하는 마스크에 대한 특허를 출원했습니다.
미 육군 연구소와 애리조나 주 법안 301 기금은이 연구를 지원합니다.
Swartzlander의 작업에도 실용적인 방어 응용 프로그램이 있지만 육군 연구 사무소는 기본 광학 과학 연구에 자금을 지원합니다.
광학 와류 마스크는 또한 생물학적 조직 사이의 대비를 향상시키기 위해 현미경에서 사용될 수있다.
원본 출처 : UA 뉴스 릴리스
