Lente Holográfica Leve e Flexível Abre Caminho para Telescópios Espaciais de Próxima Geração

Inspirados por um conceito para descobrir exoplanetas com um telescópio espacial gigante, uma equipe de pesquisadores está desenvolvendo lentes holográficas que transformam a luz estelar visível e infravermelha em uma imagem focalizada ou um espectro. O método experimental pode ser usado para criar uma lente leve e flexível, com muitos metros de diâmetro, que poderia ser enrolada para lançamento e desenrolada no espaço.

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

Telescópios que devem ser lançados no espaço (para se beneficiar de uma visão não impedida pela atmosfera da Terra) são limitados pelo peso e volume dos espelhos de vidro usados para focalizar a luz. Esses espelhos podem realisticamente abranger apenas alguns metros de diâmetro. Em contraste, a lente holográfica leve e flexível — mais propriamente chamada de “elemento óptico holográfico” — usada para focalizar a luz poderia 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 que orbitam.

“Para encontrar a Terra 2.0, realmente queremos ver exoplanetas por imagem direta — 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 de Fresnel, uma categoria de lentes que usam anéis concêntricos de prismas dispostos em um plano plano para imitar a capacidade de focalização de uma lente curva sem o volume. O conceito da lente de Fresnel — desenvolvido para uso em faróis — remonta ao século 19, com lentes de Fresnel modernas de vidro ou plástico encontradas em lâmpadas de automóveis, micro-ópticas e telas de câmera.

Mas enquanto elementos ópticos holográficos de Fresnel — criados expondo um filme plástico sensível à luz a duas fontes de luz a diferentes distâncias do filme — não são 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 projetistas foquem 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 concêntricas de luz que — à medida que viajam em direção ao filme — ou se constroem ou se cancelam. Esse padrão de convergência ou interferência pode ser ajustado com base em fórmulas desenvolvidas pela Professora Visitante Mei-Li Hsieh. Ele é impresso, ou “registrado”, 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.