Ingenieure und Astronomen an der Universität von Utah haben eine einzigartige neue Art von Teleskopobjektiv entworfen: eine flache Linse mit mikroskopischen Radierungen zum Brechen von Licht. Wenn das Konzept verkleinert werden kann, könnten diese Linsen eines Tages die schwereren, sperrigeren Linsen und Spiegel ersetzen, die normalerweise in Teleskopen verwendet werden, insbesondere in professionellen Observatorien auf dem Boden und im Weltraum. Auf der ganzen Linie könnten sie auch auf Amateur -Teleskopen implementiert werden, sagt das Team.
“Unsere Computertechniken deuten darauf hin, dass wir diffraktive Flachlinsen mit mehreren Ebenen mit großen Öffnungen entwerfen könnten, die das Licht über das sichtbare Spektrum konzentrieren könnten”, sagte Rajesh Menon, Professor für Ingenieurwesen in Utah, in einer Erklärung.
Es gibt zwei Grundtypen von Teleskop: Refraktoren und Reflektoren. Ein Refraktor verwendet Objektive, um Licht zu brechen und es in einen Fokus zu bringen. Reflektoren verwenden mindestens zwei Spiegel, um das Licht bis zu einem Brennpunkt zu reflektieren. Da große Objektive schwer und teuer zu machen sind, verwenden größere Teleskope in der Regel Spiegel (manchmal in Kombination mit kleineren Objektiven). Objektive können auch unter einem Unwohlsein leiden, das als chromatische Aberration bekannt ist, bei dem verschiedene Lichtwellenlängen auf leicht unterschiedliche Grad gebrochen werden, so dass sich unterschiedliche Farben an unterschiedlichen Punkten konzentrieren, was zu Farbfracks um Objekte führt. Optische Techniker können dies durch den komplexen Einsatz von Glasbeschichtungen und mehreren Objektiven lindern – obwohl dies Kosten und Kosten erhöhen.
Die Tage der sperrigen, teuren Teleskopobjektive könnten jedoch dank der neuen flachen Objektiv des Teams mit einer Dicke des Teams bald zu Ende gehen. Dies wurde von einem Team entwickelt, das von Apratim Majumder, Mitglied von Menons Labor in Utah, geleitet wurde.
“Unsere Demonstration ist ein Sprungbrett, um eine sehr große Blende zu schaffen, leichte flache Linsen mit der Fähigkeit, Vollfarbbilder für die Verwendung von Teleskopen auf Luft- und Weltraumbasis aufzunehmen”, sagte Apratim Majumder, ein Mitglied des Labors von Menon in Utah und Leiter der Besatzung hinter dem New Lens-Prototyp, in der Aussage.
Majumder, Menon und ihr Team haben eine Flachlinse von 100 mm (4-Zoll) entworfen, wobei mikroskopische konzentrische Ringe unter Verwendung einer Technik namens “optische Graustufenlithographie” auf ein Glassubstrat geätzt werden. Der größte Teil der Halbmillimeterdicke der flachen Linse ist das Glas-die Rillen sind nur 2,4 Mikrometer tief.
Die Verwendung von konzentrischen Ringen auf einem flachen Objektiv ist nicht neu – ein Vorläufer, der als Fresnel -Zone -Platte bezeichnet wird, versucht, den gleichen Trick zu machen, kann aber die chromatische Aberration nicht beseitigen. Das mehrstufige diffraktive Objektiv des Utah-Teams (MDL) kann jedoch alle Wellenlängen des Lichts mitbringen, für die es zum Erkennung von Nanometern (400–800 Nanometer das sichtbare Licht “und in das Nahinfrarot) bis zu einem Fokus am selben Punkt dank der Größe der Ringe und des Spaits zwischen dem Aufmerksamkeit des Anschlags erfasst wurde. Da sich alle Farben am selben Punkt konzentrieren, gibt es keine chromatische Aberration.
Als das Teleskop 1608 von Hans Lippershey erfunden wurde, wurde dies durchgeführt, indem sie mit Zusammenstellungen von Linsen experimentierten. Heute beinhaltet das optische Design eines Teleskops eine komplexe Computermodellierung und große Datenmengen.
“Die Simulation der Leistung dieser Linsen über eine sehr große Bandbreite, von sichtbar bis nahezu Infrarot, beinhaltete die Lösung komplexer Rechenprobleme mit sehr großen Datensätzen”, sagte Majumder. “Sobald wir das Design der Mikrostrukturen der Linsen optimiert haben, erforderte der Herstellungsprozess eine sehr strenge Prozessregelung und Umgebungsstabilität.”
Das resultierende 100-mm-Objektiv mit einer Brennweite von 200 mm wurde dann sowohl auf Sonne als auch auf dem Mond getestet, wobei er erfolgreich Sonnenflecken zeigte und (in einem künstlich farblich verstärkten Bild) genaue geologische Merkmale auf der Mondoberfläche (in einem künstlich farbverstärkten Bild) zeigt. Der 100 -mm -MDL wiegt nur 25 Gramm (0,88 oz) im Vergleich zu den 211 Gramm (7,44 oz) eines ähnlich großen, im Handel erhältlichen 100 -mm -Objektivs, das an seinem gekrümmten Zentrum 17 mm dick ist.
Das Hubble-Weltraumteleskop verwendet einen 2,4-Meter-Primärspiegel mit einer Gesamtmasse von 1.825 Pfund (828 Kilogramm), und das James Webb-Weltraumteleskop enthält 18 Segmente in seinem primären 21-Fuß-Spiegel (705 kilogrammen). Auf der Erde haben einzelne Teleskopspiegel eine Obergrenze der oberen Größe von 8 bis 10 Metern, über die die Schwerkraft abschließt. Die Entwicklung eines flachen, leichten Objektivs könnte daher Teleskope verändern, insbesondere für Raumstarts, bei denen die Masse ein wichtiger Begrenzungsfaktor für die Erlangung der Erde ist.
Eine Beschreibung des flachen MDL -Objektivs wurde am 3. Februar in der Zeitschrift Applied Physics Letters veröffentlicht.
