Intensiti koronagraph pusaran yang dikira untuk sumber seperti titik tunggal. Kredit gambar: Grover Swartzlander. Klik untuk membesarkan
"Beberapa orang mengatakan bahawa saya belajar kegelapan, bukan optik," gurau Grover Swartzlander.
Tetapi ini adalah jenis kegelapan yang membolehkan para astronom melihat cahaya.
Swartzlander, seorang profesor bersekutu di The University of Arizona College of Optical Sciences, sedang mengembangkan alat yang menyekat cahaya bintang yang menyilaukan, yang memungkinkan para astronom mempelajari planet-planet di sistem suria berdekatan.
Peranti ini mungkin terbukti berguna untuk mikroskopi optik dan digunakan untuk melindungi kamera dan sistem pengimejan dari silau.
Inti dari teknologi ini adalah "topeng pusaran optik" - cip kaca nipis, kecil dan telus yang terukir dengan serangkaian langkah dalam pola yang serupa dengan tangga spiral.
Apabila cahaya memukul topeng mati, ia lebih perlahan di lapisan yang lebih tebal daripada yang lebih nipis. Akhirnya, cahaya berpecah dan fasa beralih sehingga beberapa gelombang 180 darjah keluar dari fasa dengan yang lain. Cahaya berputar melalui topeng seperti angin di taufan. Ketika mencapai "mata" kilatan optik ini, gelombang cahaya yang 180 darjah keluar dari fasa saling membatalkan, meninggalkan teras pusat yang benar-benar gelap.
Swartzlander mengatakan ini seperti cahaya yang mengikuti benang selak. Nada "bolt" optik - jarak antara dua utas bersebelahan - sangat penting. "Kami membuat sesuatu yang istimewa di mana nada harus sesuai dengan perubahan dalam fasa satu panjang gelombang cahaya," jelasnya. "Apa yang kita mahukan adalah topeng yang pada dasarnya memotong pesawat ini, atau lembaran, dari cahaya masuk dan menggulungnya menjadi sinar heliks berterusan."
"Apa yang kami dapati baru-baru ini adalah mengetuk kaus kaki anda yang menakjubkan dari sudut teori," tambahnya.
"Secara matematik, itu indah."
Pusaran optik bukanlah idea baru, kata Swartzlander. Tetapi tidak sampai pertengahan tahun 1990an saintis dapat mempelajari fizik di belakangnya. Ketika itulah kemajuan dalam hologram yang dihasilkan komputer dan litografi berketepatan tinggi memungkinkan penyelidikan sedemikian.
Swartzlander dan pelajar siswazahnya, Gregory Foo dan David Palacios, menarik perhatian media baru-baru ini ketika "Surat Optik" menerbitkan artikel mereka mengenai bagaimana topeng pusaran optik dapat digunakan pada teleskop yang kuat. Topeng ini dapat digunakan untuk menyekat cahaya bintang dan memungkinkan para astronom untuk mengesan cahaya secara langsung dari planet 10-miliar kali lebih redup yang mengorbit bintang.
Ini dapat dilakukan dengan "koronagraph pusaran optik." Dalam coronagraph tradisional, cakera legap digunakan untuk menyekat cahaya bintang. Tetapi ahli astronomi yang mencari planet samar di dekat bintang terang tidak dapat menggunakan coronagraph tradisional kerana silau dari cahaya bintang menyebar di sekitar cakera yang mengaburkan cahaya yang dipantulkan dari planet ini.
"Sebilangan kecil cahaya difraksi dari bintang masih akan mengatasi isyarat dari planet ini," jelas Swartzlander. "Tetapi jika lingkaran topeng pusaran bertepatan tepat dengan pusat bintang, topeng akan membuat lubang hitam di mana tidak ada cahaya yang tersebar, dan anda akan melihat planet mana pun di sebelahnya."
Pasukan UA, yang juga termasuk Eric Christensen dari Laboratorium Lunar dan Planet UA, menunjukkan coronagraph pusaran optik prototaip di teleskop Mount Lemmon 60-inci Steward Observatory dua tahun yang lalu. Mereka tidak dapat mencari planet di luar sistem suria kita kerana teleskop 60 inci tidak dilengkapi dengan optik adaptif yang membetulkan pergolakan atmosfera.
Sebaliknya, pasukan itu mengambil gambar Saturnus dan cincinnya untuk menunjukkan betapa mudahnya topeng seperti itu dapat digunakan dengan sistem kamera teleskop yang ada. Foto dari ujian itu dalam talian di laman web Swartzlander, http://www.u.arizona.edu/~grovers.
Coronagraph pusaran optik boleh menjadi berharga bagi teleskop angkasa masa depan, seperti Terestrial Planet Finder (TPF) NASA dan misi Darwin European Space Agency, kata Swartzlander. Misi TPF akan menggunakan teleskop berasaskan ruang untuk mengukur ukuran, suhu, dan penempatan planet sekecil Bumi di kawasan yang dapat dihuni sistem suria yang jauh.
"Kami memohon hibah untuk membuat topeng yang lebih baik - untuk benar-benar meningkatkan perkara ini untuk mendapatkan optik berkualiti lebih baik, kata Swartzlander. "Kami dapat menunjukkannya sekarang di makmal untuk sinar laser, tetapi kami memerlukan topeng berkualiti tinggi untuk mendekati apa yang diperlukan untuk teleskop."
Cabaran besar adalah mengembangkan cara untuk menutup topeng untuk mendapatkan "lemak besar sifar cahaya" pada intinya, katanya.
Swartzlander dan pelajar siswazahnya melakukan simulasi berangka untuk menentukan nada yang tepat untuk topeng heliks pada panjang gelombang optik yang dikehendaki. Swartzlander telah mengajukan paten untuk topeng yang meliputi lebih dari satu panjang gelombang, atau warna cahaya.
Dana Pejabat Penyelidikan Tentera A.S. dan State of Arizona Proposition 301 menyokong penyelidikan ini.
Pejabat Penyelidikan Angkatan Darat membiayai penyelidikan sains optik asas, walaupun karya Swartzlander juga mempunyai aplikasi pertahanan praktikal.
Topeng pusaran optik juga dapat digunakan dalam mikroskopi untuk meningkatkan kontras antara tisu biologi.
Sumber Asal: Siaran Berita UA
