Le besoin d’un télescope spatial massif inspire une lentille holographique flexible et légère


Le besoin d'un télescope spatial massif inspire une lentille holographique flexible et légère

Crédit photo : Institut polytechnique Rensselaer

Inspirée par un concept de découverte d’exoplanètes avec un massif, une équipe de recherche développe des lentilles holographiques qui convertissent la lumière visible et infrarouge des étoiles en une image focalisée ou un spectre. La méthode expérimentale, détaillée dans un article publié aujourd’hui dans Rapports scientifiques, pourrait être utilisé pour créer une lentille flexible légère de plusieurs mètres de diamètre qui pourrait être enroulée pour le lancement et déployée dans l’espace.

« Nous utilisons deux ondes lumineuses sphériques pour créer l’hologramme, ce qui nous donne un contrôle précis sur le réseau de diffraction enregistré sur le film et son effet sur la lumière – soit en séparant la lumière avec une sensibilité élevée, soit en focalisant la lumière avec une résolution élevée », a déclaré Mei- Li Hsieh, chercheur invité à l’Institut polytechnique Rensselaer et expert en optique et photonique, qui a développé une solution mathématique pour la sortie de l’hologramme. « Nous pensons que ce modèle pourrait être utile pour des applications nécessitant une spectroscopie à résolution spectrale extrêmement élevée, telles que l’analyse d’exoplanètes. »

Hsieh, qui occupe également un poste de professeur à l’Université nationale Yang Ming Chiao Tung à Taiwan avec les physiciens Rensselaer Shawn-Yu Lin et Heidi Jo Newberg, a travaillé avec Thomas D. Ditto, un artiste et inventeur qui a eu l’idée de Un télescope optique conçu par Raums, libéré des miroirs et des lentilles en verre conventionnels et lourds. Idem a travaillé pour la première fois chez Rensselaer dans les années 1970 et est actuellement chercheur invité en astrophysique.

Les télescopes qui doivent être lancés dans l’espace (pour bénéficier d’une visibilité supérieure en dehors de l’atmosphère terrestre) sont limités par le poids et la masse des lentilles en verre, qui, en réalité, ne peuvent avoir que quelques mètres de diamètre. En revanche, la lentille holographique légère et flexible – mieux connue sous le nom d' »élément optique holographique » – pourrait mesurer des dizaines de mètres de diamètre. Un tel instrument pourrait être utilisé pour observer une exoplanète directement, un bond par rapport aux méthodes actuelles qui détectent les exoplanètes en fonction de leur effet sur la lumière de l’étoile qu’elles orbitent, a déclaré Newberg, professeur de physique, de physique appliquée et d’astronomie à Rensselaer.

« Pour trouver la Terre 2.0, nous voulons vraiment voir les exoplanètes par imagerie directe – nous devons être capables de regarder l’étoile et de voir la planète en dehors de l’étoile. Et pour cela, nous avons besoin d’une haute résolution et d’un très grand télescope », a déclaré Newberg, astrophysicien et expert en structures galactiques.

L’élément optique holographique est une version raffinée d’une lentille de Fresnel, une catégorie de lentilles qui utilisent des anneaux concentriques de prismes disposés dans un plan plat pour imiter la capacité de mise au point d’une lentille incurvée sans encombrement. Le concept de la lentille de Fresnel – qui a été développé pour une utilisation dans les phares – remonte au 19ème siècle.

Mais alors que les éléments optiques holographiques de Fresnel – qui ont été créés en exposant un film plastique photosensible à deux sources lumineuses à des distances différentes du film – ne sont pas rares, les méthodes existantes se sont limitées à des lentilles qui ne pouvaient que focaliser la lumière et non la séparer.

La nouvelle méthode permet aux concepteurs de concentrer la lumière sur un seul point ou de la décomposer en ses couleurs individuelles pour créer un spectre de couleurs pures, a déclaré Lin, auteur correspondant et professeur Rensselaer de physique, de physique appliquée et d’astronomie. La méthode utilise deux sources lumineuses qui sont positionnées très près l’une de l’autre et produisent des ondes lumineuses concentriques qui s’accumulent ou s’annulent sur leur chemin vers le film. Ce modèle de convergence ou d’interférence peut être réglé sur la base des formules développées par Hsieh. Elle est imprimée ou « enregistrée » sous forme d’image holographique sur le film et, selon la structure de l’image, la lumière traversant l’élément optique holographique est soit focalisée soit étirée.

« Nous voulions étirer la lumière afin de pouvoir la diviser en différentes longueurs d’onde. Chaque lentille de Fresnel étire un peu la lumière, mais pas assez », a déclaré Lin, expert en cristaux photoniques et nanophotonique. « Avec notre méthode, nous pouvons être super-résolution ou super-sensible à une extrémité – chaque couleur étant séparée. Lorsque la lumière est étirée de cette façon, la couleur est très bonne, aussi pure et vive que possible. »


Le processus d’impression de lentilles holographiques pourrait permettre l’impression de lentilles télescopiques dans l’espace


Plus d’information:
Mei-Li Hsieh et al., Réalisation expérimentale d’un hologramme de Fresnel comme élément optique à résolution superspectrale, Rapports scientifiques (2021). DOI : 10.1038 / s41598-021-99955-w

Fourni par l’Institut polytechnique Rensselaer

Citation: Need for Telescope Inspires Lightweight Flexible Holographic Lens (2021, 21 octobre), consulté le 21 octobre 2021 à partir de https://phys.org/news/2021-10-massive-space-telescope-lightweight-flexible.html

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