W Utah powstały nowatorskie płaskie soczewki dla astronomii i astrofotografii
Soczewki od wieków wyglądają podobnie. Są zagięte, by skupiać padające światło. Zwiększając ich możliwości musimy zwiększyć rozmiary i masę. A to poważny problem, szczególnie w astronomii i astrofotografii. Istnieją co prawda lżejsze i cieńsze alternatywy, jednak są kosztowne, trudne w produkcji i mają ograniczone możliwości. Profesor Rajesh Menon i jego koledzy z University of Utah opracowali obiecujące rozwiązanie – płaskie soczewki o dużej aperturze, które równie efektywnie jak tradycyjne skupiają światło, zachowując jednocześnie kolory.
Soczewki powiększają obserwowane obiekty dzięki zaginaniu i skupianiu światła. Im są większe, grubsze i cięższe, tym mocniej powiększają. W przypadku rozwiązań amatorskich ich wielkość i masa nie są dużym problemem. Jednak w teleskopach profesjonalnych i urządzeniach wysyłanych w kosmos, które obserwują galaktyki odległe od nas o miliony lat, wielkość soczewek może być tak poważnym problemem, że stają się one niepraktyczne. Dlatego profesjonalna astronomia wykorzystuje zwierciadła, które są znacznie cieńsze i lżejsze niż soczewki.
Naukowcy od dawna próbują rozwiązać problem grubości i ciężaru soczewek, projektując płaskie urządzenia. Przykładem takiego rozwiązania jest soczewka Fresnela. Jest znacznie cieńsza od tradycyjnej soczewki o takiej samej ogniskowej. Jej wadą jest jednak brak możliwości odzwierciedlenia prawdziwych kolorów.
Rajes Menon i jego zespół mają pomysł na płaskie soczewki o możliwościach podobnych do soczewek tradycyjnych, ale pozbawionych wad soczewki Fresnela. Z naszych obliczeń wynika, że można stworzyć płaskie soczewki dyfrakcyjne o dużej aperturze, które skupiałyby światło z całego widzialnego spektrum. W Utah Nanofab mieliśmy zasoby potrzebne do ich wyprodukowania, mówi Menon.
Główną innowacją jest zastosowanie mikroskopijnie małych koncentrycznych pierścieni, które naukowcy nanieśli na powierzchnię swojej soczewki. W przeciwieństwie do krawędzi w soczewce Fresnela, które są zoptymalizowane pod kątem konkretnej długości fali światła, rozmiar i odległości pomiędzy pierścieniami nowej soczewki pozwala na odzwierciedlenie pełnego zakresu fal.
Zaprojektowanie soczewek i sprawdzenie ich działania w zakresie od światła widzialnego po bliską podczerwień wymagało zaangażowania dużych mocy obliczeniowych i wielkich baz danych. Gdy już zakończono część teoretyczną i zoptymalizowano projekt, można było przystąpić do wytwarzania soczewek. Nie było to łatwe, gdyż wymagało niezwykle precyzyjnej kontroli wszystkich elementów.
Wyprodukowane soczewki spełniły wszystkie założenia i pomyślnie przeszły testy, podczas których wykonano za ich pomocą zdjęcia Słońca i Księżyca. Ze szczegółami ich budowy można zapoznać się w artykule Color astrophotography with a 100 mm-diameter f/2 polymer flat lens.
Komentarze (0)