A necessidade de um telescópio espacial maior inspira uma lente holográfica flexível e leve

Inspirado por um conceito para descobrir exoplanetas com um telescópio espacial gigante, uma equipe de pesquisadores está desenvolvendo lentes holográficas que tornam a luz das estrelas visível e infravermelha em uma imagem focada ou em um espectro. O método experimental poderia ser usado para criar uma lente leve e flexível, com muitos metros de diâmetro, que poderia ser enrolada para lançamento e desdobrada no espaço.

Duas ondas esféricas de luz são usadas para produzir o holograma, que dá um controle preciso sobre a grade difrativa gravada no filme e o efeito que ela tem na luz - separando a luz com super sensibilidade ou focando-a com alta resolução. Os pesquisadores acreditam que este modelo pode ser útil em aplicações que exigem espectroscopia de resolução espectral extremamente alta, como a análise de exoplanetas.

Telescópios que devem ser lançados no espaço (para se beneficiar de uma visão desimpedida pela atmosfera da Terra) são limitados pelo peso e volume dos espelhos de vidro usados ​​para focalizar a luz. Esses espelhos podem medir de forma realista apenas alguns metros de diâmetro. Por outro lado, a leve e flexível lente holográfica – mais apropriadamente chamada de “elemento óptico holográfico” – usada para focalizar a luz pode ter dezenas de metros de diâmetro. Tal instrumento poderia ser usado para observar diretamente um exoplaneta, um salto sobre os métodos atuais que detectam exoplanetas com base em seu efeito na luz proveniente da estrela em que orbitam.

“Para encontrar a Terra 2.0, realmente queremos ver exoplanetas por imagens diretas – precisamos ser capazes de olhar para a estrela e ver o planeta separado da estrela. E para isso, precisamos de alta resolução e um telescópio realmente grande”, disse a professora Heidi Jo Newberg.

O elemento óptico holográfico é uma versão refinada de uma lente Fresnel, uma categoria de lentes que usa anéis concêntricos de prismas dispostos em um plano plano para imitar a capacidade de foco de uma lente curva sem o volume. O conceito da lente Fresnel - que foi desenvolvida para uso em faróis - data do século 19, com lentes Fresnel modernas de vidro ou plástico encontradas em lâmpadas de automóveis, micro-ópticas e telas de câmeras.

Mas, embora os elementos ópticos holográficos de Fresnel - criados pela exposição de um filme plástico sensível à luz a duas fontes de luz a diferentes distâncias do filme - não sejam incomuns, os métodos existentes foram limitados a lentes que só podiam focalizar a luz, em vez de separá-la em suas cores constituintes.

O novo método permite que os designers focalizem a luz em um único ponto ou a dispersem em suas cores constituintes, produzindo um espectro de cores puras. O método usa duas fontes de luz, posicionadas muito próximas uma da outra, que criam ondas de luz concêntricas que – à medida que viajam em direção ao filme – se constroem ou se cancelam. Esse padrão de convergência ou interferência pode ser ajustado com base em fórmulas desenvolvidas pelo professor visitante Mei-Li Hsieh. Ela é impressa, ou “gravada”, no filme como uma imagem holográfica e, dependendo de como a imagem é estruturada, a luz que passa pelo elemento óptico holográfico é focalizada ou esticada.