太空望遠(yuǎn)鏡激發(fā)了輕巧的柔性全息鏡頭

紐約州特洛伊——受用巨型太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)系外行星的概念的啟發(fā)，一組研究人員正在開發(fā)全息透鏡，將可見光和紅外星光渲染成聚焦圖像或光譜。周四發(fā)表在《自然科學(xué)報(bào)告》上的一篇文章中詳細(xì)介紹了這種實(shí)驗(yàn)方法，它可用于制造直徑數(shù)米的輕型柔性透鏡，可以滾動發(fā)射并在太空中展開。

“我們使用兩個(gè)球面光波來產(chǎn)生全息圖，這使我們能夠精確控制記錄在膠片上的衍射光柵，以及它對光的影響——要么以超高靈敏度分離光，要么以高分辨率聚焦光，”倫斯勒理工學(xué)院的訪問研究員、光學(xué)和光子學(xué)專家謝梅麗說，他建立了一個(gè)數(shù)學(xué)解決方案來控制全息圖的輸出。“我們相信該模型可能適用于需要極高光譜分辨率光譜的應(yīng)用，例如系外行星的分析。”

Hsieh 還在國立陽明交通大學(xué)擔(dān)任教職，與倫斯勒物理學(xué)家 Shawn-Yu Lin 和 Heidi Jo Newberg 一起，與構(gòu)思光學(xué)空間概念的藝術(shù)家和發(fā)明家 Thomas D. Ditto 合作望遠(yuǎn)鏡擺脫了傳統(tǒng)的、笨重的玻璃反射鏡和透鏡。Ditto 于 1970 年代首次在倫斯勒工作，目前是天體物理學(xué)的訪問研究員。

必須發(fā)射到太空的望遠(yuǎn)鏡(從不受地球大氣層阻礙的視野中受益)受到用于聚焦光線的玻璃鏡的重量和體積的限制，這些玻璃鏡的直徑實(shí)際上只能跨越幾米。相比之下，用于聚焦光線的輕型柔性全息透鏡——更恰當(dāng)?shù)胤Q為“全息光學(xué)元件”——可能有幾十米寬。倫斯勒物理學(xué)、應(yīng)用物理學(xué)和天文學(xué)教授紐伯格說，這種儀器可用于直接觀測系外行星，這是目前根據(jù)系外行星對其軌道恒星發(fā)出的光的影響來探測系外行星的方法的飛躍。

“為了找到地球 2.0，我們真的很想通過直接成像來觀察系外行星——我們需要能夠觀察恒星并看到行星與恒星分離。為此，我們需要高分辨率和非常大的望遠(yuǎn)鏡，”天體物理學(xué)家和星系結(jié)構(gòu)專家紐伯格說。

全息光學(xué)元件是菲涅耳透鏡的改進(jìn)版本，菲涅耳透鏡是一類透鏡，它使用排列在平面上的棱鏡的同心環(huán)來模擬沒有體積的彎曲透鏡的聚焦能力。菲涅耳透鏡的概念——開發(fā)用于燈塔——可以追溯到 19 世紀(jì)，現(xiàn)代菲涅耳透鏡由玻璃或塑料制成，用于汽車燈、微型光學(xué)器件和相機(jī)屏幕。

但是，雖然菲涅爾全息光學(xué)元件——通過將光敏塑料薄膜暴露在距膠片不同距離的兩個(gè)光源下——并不少見，但現(xiàn)有的方法僅限于只能聚焦光的透鏡，而不是將其分離成它的組成顏色。

通訊作者、倫斯勒物理學(xué)、應(yīng)用物理學(xué)和天文學(xué)教授林說，這種新方法允許設(shè)計(jì)師將光聚焦到一個(gè)點(diǎn)上或?qū)⑵浞稚⒊善浣M成顏色，從而產(chǎn)生純色光譜。該方法使用兩個(gè)彼此非?？拷墓庠?，它們會產(chǎn)生同心的光波——當(dāng)它們向膠片傳播時(shí)——要么相互疊加，要么相互抵消。這種會聚或干擾模式可以根據(jù) Hsieh 開發(fā)的公式進(jìn)行調(diào)整。它作為全息圖像被打印或“記錄”到膠片上，并且根據(jù)圖像的結(jié)構(gòu)，穿過全息光學(xué)元件的光要么被聚焦，要么被拉伸。

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